BR112021012689A2

BR112021012689A2 - Sistema de energia hidrelética por momento com base na gravidade avançado

Info

Publication number: BR112021012689A2
Application number: BR112021012689-9A
Authority: BR
Inventors: Nsisuk Osmund Ekanem
Original assignee: Nosmek Green Solutions, Inc.
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-09-08
Also published as: JP2022516880A; KR20210107041A; EP3902991B1; CA3125182A1; US20200208615A1; AU2019416221B2; US10801476B2; WO2020139929A1; EP3902991A1; CN113454333A; JP7191232B2; AU2019416221A1; MX2021007879A

Abstract

sistema de energia hidrelética por momento com base na gravidade avançado. trata-se de um sistema de geração de energia baseado exclusivamente na gravidade, o qual inclui um alojamento com água em uma câmara principal. um pistão conversível interage com a água de modo a mover-se para deslocá-la em um ciclo. a água deslocada é dirigida a unidades geradoras de energia, e através delas, com a água passando continuamente de uma unidade geradora de energia a uma unidade geradora de energia subsequente, e através da mesma, à medida que volta à câmara principal do alojamento. a água então é capaz de interagir novamente com o pistão conversível para ser novamente deslocada através do ciclo de geração de energia. ao menos dois sistemas geradores de energia distintos são integrados para alimentar energia de maneira ininterrupta 24 h por dia, 7 dias por semana e 365 dias por ano. esse ciclo continua (não na acepção de movimento perpétuo), conforme necessário, para gerar energia que possa ser usada sob demanda ou então armazenada para uso futuro.

Description

"SISTEMA DE ENERGIA HIDRELÉTICA POR MOMENTO COM BASE NA GRAVIDADE AVANÇADO" REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001]O presente pedido reivindica prioridade, com respaldo no 35 U.S.C. § 119, ao pedido de patente provisório de nº de série US 62/786.115, depositado no dia 28 de dezembro de 2018. O pedido de patente provisório incorpora-se ao presente documento por referência na íntegra, incluindo, entre outros, o relatório descritivo, as reivindicações e o resumo, além de quaisquer figuras, tabelas, anexos ou desenhos do mesmo.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002]A invenção refere-se, em termos gerais, à geração de energia, conversão de energia, armazenamento de energia e, em particular, à geração de energia elétrica com base no uso eficaz da gravidade, força flutuante, ciência dos materiais, princípio dos momentos e princípio da alavanca.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003]À medida que a população mundial cresce, e os avanços da tecnologia continuam, o uso de dispositivos elétricos também cresce. Isso se dá atrelado a um crescimento exponencial na energia exigida das técnicas de geração, sistemas de geração e seus semelhantes, e pode ser exacerbado em áreas rurais, onde o acesso a uma maior geração de energia e rede de distribuição é mais tímido. Além disso, há desafios associados à maioria das técnicas e sistemas de geração de energia. Seguem alguns exemplos:

[004]Usina termelétrica: esta inclui todas as usinas de energia que queimam carvão, gás natural e petróleo e seus derivados para gerar eletricidade. Os combustíveis fósseis são finitos, não renováveis e sua combustão produz gases do efeito estufa, tais como dióxido de carbono, que, estudos comprovam, causa aquecimento global, provocando mudanças climáticas adversas. A combustão de combustíveis fósseis também produz outros poluentes do ar, tais como óxidos de nitrogênio, dióxido de enxofre, compostos orgânicos voláteis e metais pesados. Ela também gera calor residual, que adversamente aquece ainda mais a atmosfera da Terra.

[005]Usina nuclear: esta envolve a fissão nuclear atômica, decaimento nuclear ou fusão nuclear principalmente do Urânio e Plutônio para gerar calor, que transforma a água em vapor para acionar as turbinas e gerar eletricidade. Ela também gera calor residual significativo, que aquece a atmosfera da Terra adversamente e requer grandes volumes da já escassa água doce para aquecer seus sistemas. A segurança e os riscos da radiação à vida, no que diz respeito aos rejeitos combustíveis e nucleares, geraram resentimento com a energia nuclear. Além do mais, a proliferação de armas nucleares é uma preocupação global que também limita sua aceitação.

[006]Energia solar: esta utiliza células fotovoltaicas (PV) para converter diretamente a luz solar em energia elétrica. Além disso, há a energia solar concentrada (CSP), que utiliza lentes, espelhos e sistemas de rastreio para concentrar uma grande área de luz solar em um pequeno feixe para aquecer a água, transformá-la em vapor e girar as turbinas para geração de energia. As células fotovoltaicas são caras, dependem do clima, requerem um sistema de armazenamento oneroso e, acima de tudo, requerem muito espaço por quilowatt.

[007]Energia eólica: esta refere-se ao uso de pás especialmente projetadas ligadas a um gerador para capturar a energia do vento e transformá-la em eletricidade. Ela depende do clima (velocidade e duração do vento) e, portanto, a geração de energia é intermitente, requer sistema(s) de armazenamento oneroso(s), impõe limitações quanto ao local de instalação e requer uma área de terra muito extensa por quilowatt.

[008]Energia geotérmica: a energia geotérmica é a energia interna original da Terra e a energia armazenada graças ao decaimento radioativo de materiais dentro do núcleo da Terra. Ela envolve a exploração e extração dessa energia térmica do núcleo da Terra para transformar a água em vapor e gerar energia ou o aquecimento direto perfurando o núcleo da Terra e bombeando rocha fundida e água à superfície da Terra. No entanto, tal rocha fundida libera uma mistura de gases, a saber dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, metano e amônia, que causam chuva ácida e aquecimento global, provocando mudanças climáticas. Essa geração de energia é cara e limita-se a locais próximos de placas tectônicas.

[009]Energia das marés: esta é a energia extraída das ondas oceânicas usando turbinas especialmente projetadas. Ela impõe limitações à localização uma vez que sua adequabilidade é determinada pela corrente das marés, altura das marés, vulnerabilidade do ecossistema e exposição a condições climáticas intensas. Tem um custo inicial altíssimo. Geralmente é nociva à vida marinha.

[010]Energia hidrelétrica: esta é a energia gerada pela corrente da água por ação da gravidade usando turbinas especiais. Ela requer represas onerosas e pode impactar negativamente a vida aquática e os ecossistemas naturais. Ela é de localização limitada uma vez que deve haver gradiente geológico suficiente para criar uma cabeça de água razoável para acionar as turbinas. Também deve haver um corpo de água circulante, tal como um rio. Os sistemas hidrelétricos bombeados requerem uma fonte de alimentação externa para bombear a água de volta ao reservatório de armazenamento para continuar gerando energia. Isso impõe um custo altíssimo, que estreita as margens de lucro e torna as hidrelétricas menos atrativas aos investidores dado o gasto de capital inicial gigantesco.

[011]Sendo assim, há uma necessidade crucial, oportuna e urgente por combater a mudança climática e ajudar na profunda descarbonização da atmosfera da Terra propondo uma fonte mais verde e mais rentável de geração de eletricidade com emissão limitada ou inexistente e menor pegada ecológica por quilowatt para satisfazer à demanda por eletricidade tanto industrial quanto doméstica 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[012]Logo, o principal objetivo, característica e/ou vantagem de qualquer um dos aspectos da invenção revelada consiste em melhorar ou superar as deficiências na técnica.

[013]Ainda outro objetivo, característica e/ou vantagem consiste em propor um sistema de geração de energia independente.

[014]Ainda outro objetivo, característica e/ou vantagem consiste em alimentar energia de maneira constante e contínua sem intermitência – disponível a qualquer tempo.

[015]Ainda outro objetivo, característica e/ou vantagem consiste em oferecer energia de qualidade adequada para todos os tipos de carga e capaz de resistir a surtos de carga.

[016]Ainda outro objetivo, característica e/ou vantagem consiste em oferecer geração de energia descentralizada, garantindo assim menos perda de energia devida à transmissão por longas distâncias.

[017]Ainda outro objetivo, característica e/ou vantagem consiste em propor uma localização flexível, custo capital mais baixo, rápida construção e comissionamento, circulação ideal de água e rápido retorno do investimento.

[018]Os objetivos, características e/ou vantagens anteriores da presente invenção, bem como os aspectos e/ou modalidades a seguir, não são exaustivos e não limitam a revelação geral. Nenhuma modalidade precisa satisfazer absolutamente todos os objetivos, características ou vantagens. Quaisquer objetivos, características, vantagens, aspectos e/ou modalidades revelados neste documento podem ser integrados uns aos outros, ou no todo ou em parte.

[019]De acordo com alguns aspectos da revelação, um sistema de geração de energia inclui um alojamento contendo água com uma adufa que controla a água que sai para geradores de energia; um pistão conversível posicionado no alojamento, sendo que o pistão conversível move-se na água contida no alojamento de água para deslocar uma quantidade da mesma; sendo que o pistão conversível move-se em parte por ação da gravidade; note-se que a adufa deve abrir-se em parte ou por inteiro para gerar energia.

[020]De acordo com alguns aspectos da revelação, um primeiro estágio de geração de energia recebe uma quantidade de água deslocada pelo pistão conversível para gerar uma primeira quantidade de energia elétrica; um segundo estágio de geração de energia em comunicação fluida com o primeiro estágio de geração de energia, sendo que o segundo estágio de geração de energia recebe água advinda do primeiro estágio de geração de energia para gerar uma segunda quantidade de energia elétrica; e um terceiro estágio de geração de energia em comunicação fluida com os estágios de geração de energia primeiro e segundo, sendo que o terceiro estágio de geração de energia recebe água advinda dos estágios de geração de energia primeiro e segundo para gerar uma terceira quantidade de energia elétrica.

[021]De acordo com alguns aspectos adicionais da presente revelação, o primeiro estágio de geração de energia compreende uma turbina Francis.

[022]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o segundo estágio de geração de energia compreende um arranjo de bombas a turbina Kaplan.

[023]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o terceiro estágio de geração de energia compreende ao menos um gerador a roda de energia por momento desenvolvido internamente.

[024]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o pistão conversível compreende ao menos um lastro; uma porção pesada; e um balão inflável.

[025]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o ao menos um lastro do pistão conversível inclui uma válvula seletivamente controlável para seletivamente permitir que a água entre ou seja bombeada para fora do interior do lastro.

[026]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o ao menos um lastro compreende ainda um respiradouro em comunicação com a atmosfera para adicionar flutuabilidade ao pistão conversível à medida que a água no lastro é bombeada para fora.

[027]De acordo com alguns aspectos da revelação, o balão inflável vem com um compressor de ar e unidade de tanque de ar comprimido que inflam-no para controlar a descida do pistão conversível no alojamento por ação da gravidade. O balão inflável é desinflado para controlar a subida do pistão conversível por flutuabilidade.

[028]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o sistema inclui também um quarto estágio de geração de energia que recebe água advinda do terceiro estágio de geração de energia antes de a água ser reintroduzida no pistão conversível e unidade de alojamento; sendo que o quarto estágio de energia compreende um gerador de energia por vórtice.

[029]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o sistema inclui também um quinto estágio de geração de energia que recebe água advinda do quarto estágio de geração de energia antes de a água ser reintroduzida no pistão conversível e unidade de alojamento; sendo que o quinto estágio de energia compreende ao menos um outro gerador a turbina Kaplan.

[030]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o sistema inclui também um sexto estágio de geração de energia que recebe água advinda do quinto estágio de geração de energia antes de a água ser reintroduzida no pistão conversível e unidade de alojamento; sendo que o sexto estágio de geração de energia compreende ao menos um segundo gerador a roda de energia por momento desenvolvido internamente.

[031]De acordo com alguns aspectos da revelação, um método para geração de energia inclui mover um pistão conversível na direção vertical em um alojamento para deslocar a água disposta no alojamento, o pistão conversível descendo por ação da gravidade e subindo por flutuabilidade; gerar energia em um primeiro estágio com a água deslocada; transmitir a água do primeiro estágio a um segundo estágio para gerar mais energia no segundo estágio; transmitir a água do segundo estágio a um terceiro estágio para gerar mais energia no terceiro estágio; e transmitir a água do terceiro estágio de volta ao pistão conversível no alojamento.

[032]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o método também inclui, antes de transmitir a água ao pistão conversível e unidade de alojamento, passá-la através de um quarto, quinto e sexto estágios para gerar mais energia em cada um dos estágios quarto, quinto e sexto.

[033]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o primeiro estágio compreende ao menos um gerador a turbina Francis; os estágios segundo e quinto compreendem geradores a turbina Kaplan; os estágios terceiro e sexto compreendem geradores a roda de energia por momento; e o quarto estágio compreende um gerador de energia por vórtice.

[034]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, a etapa de descer o pistão conversível por ação da gravidade compreende abrir ao menos uma entrada para ao menos um lastro do pistão conversível de modo a permitir que a água entre no ao menos um lastro para aumentar o peso do pistão conversível, enquanto o ar é expelido do lastro à atmosfera através do respiradouro.

[035]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, a etapa de subir o pistão conversível por flutuabilidade compreende bombear a água no ao menos um lastro para fora e substituí-la por ar naturalmente, que entra pelo respiradouro do lastro, a fim de aumentar a flutuabilidade do pistão conversível.

[036]De acordo com alguns aspectos da revelação, o sistema de energia hidrelétrica por momento com base na gravidade inclui um alojamento vertical contendo água; um pistão conversível no alojamento, o pistão conversível sendo móvel em uma direção fundamentalmente vertical; uma série de geração de energia em comunicação fluida com o alojamento, a série de geração de energia compreendendo: um gerador de energia de primeiro estágio; um gerador de energia de segundo estágio; e um gerador de energia de estágio terceiro; sendo que cada um dos geradores de energia da série de geração de energia faz comunicação fluida um com o outro; e sendo que o pistão conversível desce, em parte por ação da gravidade, para deslocar a água no alojamento, a água deslocada movendo-se através do ciclo de geração de energia antes de voltar ao pistão conversível.

[037]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, a série de geração de energia compreende ainda: um gerador de energia de quarto estágio; um gerador de energia de quinto estágio; e um gerador de energia de sexto estágio.

[038]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o primeiro estágio compreende um gerador a turbina Francis. os estágios segundo e quinto compreendem geradores a turbina Kaplan; os estágios terceiro e sexto compreendem geradores a roda de energia por momento; e o quarto estágio compreende um gerador de energia por vórtice.

[039]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, gera-se energia quando o pistão conversível desce, logo, para obter uma geração de energia independente e ininterrupta (24 h por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano), ao menos duas unidades distintas de alojamento e pistão conversível devem ser construídas e sincronizadas de tal modo que, quando um pistão conversível subir, o outro desça. Assim, um pistão conversível produziria energia para regenerar o outro.

[040]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, o pistão conversível sobe por flutuabilidade, obtida ao desinflar o balão e bombear água para fora do lastro, enquanto ar preenche naturalmente o lastro através de um respiradouro para a atmosfera, e simultaneamente abre-se a porta do pistão conversível de aço conversível para que a água atravesse-o à medida que ele sobe.

[041]De acordo com ao menos alguns aspectos da revelação, a roda de energia por momento é desenvolvida especialmente para alavancar sobre seu grande raio a fim de amplificar a força de impacto a suas aletas para produzir muito mais trabalho útil rumo ao centro.

[042]Esses e/ou outros objetivos, características, vantagens, aspectos e/ou modalidades transparecerão aos versados na técnica após a análise das descrições breves e detalhadas dos desenhos a seguir. Breve Descrição dos Desenhos

[043]A Figura 1 é uma vista em corte de um sistema de geração de energia de acordo com aspectos da revelação.

[044]A Figura 2 é uma vista em corte superior de um sistema de geração de energia ilustrando aspectos de uma roda de energia por momento posicionada no alojamento do sistema ao longo da linha 2-2 na Fig. 1.

[045]A Figura 3 é uma vista ampliada ilustrando uma parte da Fig. 2.

[046]A Figura 4 é outra vista ampliada de uma parte da Fig. 2.

[047]A Figura 5 é uma vista ampliada que ilustra uma parte do sistema da Fig. 1.

[048]As Figuras 6A e 6B são vistas ampliadas de uma parte do sistema da Fig. 1 ilustrando balões em uma configuração inflada (Fig. 6A) e uma configuração desinflada (Fig. 6B).

[049]As Figuras 7A e 7B são vistas em corte ao longo da linha 7-7 na Fig. 1 e ilustrando uma válvula de pistão conversível em uma configuração aberta com válvulas de lastro em uma configuração fechada (Fig. 7A) e a válvula de pistão conversível em uma configuração fechada com as válvulas de lastro abertas (Fig. 7B).

[050]A Figura 8A é uma vista plana de um lastro.

[051]A Figura 8B é uma vista em perspectiva do lastro da Fig. 8A.

[052]As Figuras 9A e 9B são vistas ampliadas similares e espelhadas de partes do sistema em 9-9 da Fig. 1.

[053]A Figura 10 é um fluxograma exemplificativo ilustrando um processo de geração de energia de acordo com qualquer uma das modalidades reveladas neste documento.

[054]A Figura 11 é uma hierarquia exemplificativa para gerar e armazenar energia de acordo com qualquer uma das modalidades reveladas neste documento.

[055]A Figura 12 é outra vista em corte de um sistema de geração de energia de acordo com aspectos da revelação.

[056]A Figura 13 é uma vista em corte da Fig. 12 ao longo da linha 15-15 na Fig. 15;

[057]Várias modalidades nas quais a invenção pode ser praticada são ilustradas e descritas em detalhes, sendo que caracteres de referência iguais representam componentes iguais nas várias vistas. Os desenhos são dados à guisa de exemplo e podem não ser fiéis às dimensões reais, salvo indicação em contrário; e, por conseguinte, não deve-se interpretar a proporção dos elementos nos desenhos como evidência das proporções reais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[058]As definições e questões introdutórias a seguir são dadas para facilitar a compreensão da presente invenção. Salvo definição em contrário, todos os termos técnicos e científicos usados neste documento têm o mesmo significado de conhecimento geral por parte dos versados na técnica a que pertencem as modalidades da presente invenção.

[059]Os termos "um", "uma", "uns", "umas", "o", "a", "os" e "as" incluem os referentes tanto no singular quanto no plural.

[060]O termo “ou” é sinônimo de “e/ou” e significa qualquer membro ou combinação de membros de uma lista específica.

[061]Os termos “invenção” ou “presente invenção”, conforme usados neste documento, não visam a referir-se a nenhuma modalidade específica da invenção, mas abrangem todas as modalidades possíveis conforme descritas em qualquer parte do relatório, inclusive, entre outras, na descrição e nas reivindicações.

[062]O termo “cerca de”, conforme usado neste documento, refere-se a pequenas variações nas quantidades numéricas no que diz respeito a qualquer variável quantificável. Os versados na técnica reconhecerão que erros involuntários podem ocorrer, por exemplo, pelo uso de típicas técnicas ou equipamentos de medição ou de diferenças na fabricação, origem ou pureza dos componentes. As reivindicações incluem equivalentes às quantidades, sejam ou não sejam elas modificadas pelo termo "cerca de".

[063]O termo “configurado(a)” descreve um aparelho, sistema ou outra estrutura que seja construída para executar, ou capaz de executar, uma tarefa específica ou para adotar uma configuração específica. O termo “configurado(a)” pode ser usado de maneira intercambiável com outros sintagmas similares, tais como construído, disposto, adaptado, fabricado e seus semelhantes.

[064]Termos que caracterizam uma ordem sequencial (por exemplo, primeiro, segundo etc.), uma posição (por exemplo, superior, inferior, lateral, medial, dianteiro, traseiro etc.) e/ou uma orientação (por exemplo, largura, comprimento, profundidade, espessura, vertical, horizontal etc.) são usados de acordo com as vistas ilustradas. Salvo quando o contexto indicar o contrário, esses termos não são exaustivos. A configuração física de um objeto ou combinação de objetos pode mudar sem divergir do âmbito da presente invenção.

[065]Como perceber-se-á, as modalidades a seguir ilustram vários aspectos de um sistema de energia hidrelétrica por momento com base na gravidade 100, que também pode ser chamado genericamente ao longo de toda a descrição a seguir de sistema de energia 100. O sistema de energia 100 pode incluir quaisquer dos componentes individuais ou montagens de componentes de quaisquer das modalidades reveladas neste documento; quaisquer dos componentes ou montagens dos mesmos podendo ser combinados de maneiras não ilustradas ou descritas especificamente neste documento, porém evidentes aos versados na técnica. Além disso, como transparecerá, substituições por componentes similares, ao número de componentes, à localização dos componentes ou outras variações evidentes ao sistema de energia 100 também serão consideradas parte da revelação.

[066]Logo, conforme ilustram as Figs. de 1 a 9B, é proposto um sistema de energia 100 de acordo com aspectos da revelação. Conforme revelado, o sistema de energia 100 pode ser considerado um sistema de energia hidrelétrica por momento com base na gravidade. Em particular, o sistema pode ser considerado um sistema de energia hidrelétrica por momento com base na gravidade avançado 100. O sistema 100 utiliza a gravidade para mover componentes através de um fluido, tal como a água, para gerar energia hidrelétrica. Como se sabe, a energia hidrelétrica é a energia derivada da energia do fluxo de água. No entanto, como perceber-se-á, o sistema de energia 100 revelado neste documento não conta com o movimento natural da água, mas, em vez disso, criará artificialmente o movimento dela. Em outras palavras, atua-se sobre o que considera-se água fundamentalmente estagnada ou então substancialmente parada para movê-la através de um ou mais elementos geradores de energia. A água é movida por um pistão conversível, que move-se substancialmente na vertical por ação da gravidade (o que pode se dar de maneira controlada ou não controlada). O movimento do pistão conversível em relação à água provocará o deslocamento da mesma através do sistema de energia 100 para criar/gerar eletricidade, que pode ser então enviada para uso imediato ou armazenada para uso futuro. Sendo assim, é o movimento do pistão conversível, causado ao menos em parte por ação da gravidade, que faz com que o movimento artificial da água gere energia hidrelétrica.

[067]Conforme ilustra a Fig. 1, o sistema de energia 100 inclui um alojamento 102 com paredes 16. O alojamento 102 e as paredes 16 podem assumir fundamentalmente qualquer formato geométrico, e podem ser construídos sobre o solo, abaixo do solo, ou parcialmente acima e parcialmente abaixo do solo. Conforme ilustra a Fig. 1, o alojamento 102 inclui uma base fundamentalmente cilíndrica h, com uma parte superior ou distal bulbosa u. Um teto 33 é ilustrado na extremidade distal da parte bulbosa u e pode encerrar fundamentalmente o alojamento 100. Sendo assim, o alojamento 102 também pode ser chamado de torre, uma vez que a estrutura possui uma altura e largura que alojam muitos dos componentes do sistema 100. Apreciar-se-á também que o comprimento ou altura substancial do alojamento 16 desde uma porção de base 6 até o teto distal 33 pode ser fundamentalmente cilíndrico com o mesmo diâmetro, ou diâmetro similar, ao longo da altura do alojamento 100. Outros formatos e combinações de formatos também podem ser usados para compor o alojamento 100. O alojamento 102 é preenchido com água ou outro líquido, que é então movido para criar o movimento artificial para interação com os componentes produtores de energia a fim de gerar energia para uso e/ou armazenamento. De acordo com algumas modalidades, o alojamento 102 possui uma quantidade de preenchimento mínima ou sugerida, que é representada pela linha tracejada 23 na Fig. 1. No entanto, a localização dessa linha depende de inúmeros fatores, inclusive, entre outros, da altura do alojamento, da saída de energia desejada do sistema, da largura do alojamento, da distância de deslocamento dos componentes dentro do alojamento, do número de componentes móveis dentro do alojamento, da vazão da água artificialmente movimentada, além de outros fatores.

[068]O piso do alojamento 102 é uma base de aço 6 montada sobre uma base de estaqueamento profunda feita de concreto reforçado 7. As paredes 16 do alojamento 102 compreendem uma composição rígida. Exemplos de composições incluem, entre outros, aço, concreto, fibra de vidro, plástico, pedra, madeira, compósitos ou alguma combinação desses. No entanto, os materiais revelados neste documento não limitam a invenção, e outros materiais são considerados parte da revelação.

[069]A água inicial é introduzida no alojamento 102 usando uma fonte de energia externa para alimentar uma bomba externa que puxa a água do lençol freático ou de um rio de origem. Uma vez que atingido o nível de água desejado, o pistão conversível de aço conversível especialmente desenvolvido g opera também por ação de uma fonte de energia externa, que pode ser, de preferência, eólica ou solar, somente no estágio inicial.

[070]Uma montagem de pistão conversível g é ilustrada residindo dentro do alojamento 102, e, na configuração específica representada na Fig. 1, é ilustrada residindo e movendo-se dentro da região de base cilíndrica h do alojamento 102. No entanto, a montagem de pistão conversível g também pode ser móvel à seção superior ou bulbosa u. Como perceber-se-á, o movimento da montagem de pistão conversível g no alojamento 102 gera o movimento da água armazenada dentro do alojamento 102.

[071]A montagem de pistão conversível g move-se inicialmente a uma posição dentro do alojamento 102 em uma localização superior ou distal em direção ao, rumo ao ou próxima do batente de pistão conversível 41. Nessa localização, a montagem de pistão conversível g pode ser total ou parcialmente submersa dentro da água no alojamento 102. Em termos gerais, a montagem de pistão conversível g compreende uma linha de equalização do nível nos tanques de lastro 8, um dispositivo abre-fecha hidráulico/mangueira na base do tanque de lastro 9, um amortecedor de pouso do pistão conversível 10, uma bomba submersível dos tanques de lastro 11, um tanque de lastro 12, uma linha de descarga da água de lastro munida de uma válvula de retenção 13, uma vedação de balão inflável 14, um dispositivo abre-fecha hidráulico de porta central do pistão conversível de aço conversível 15, um ou mais tanques de aço fechados contendo uma massa calculada de hematita 17, um canal de água do pistão conversível de aço conversível 18, uma mangueira de ar dos tanques de lastro 19 com abertura para a atmosfera e uma base do pistão conversível de aço conversível 22.

[072]Como melhor ilustram as Figs. 7A, 7B, 8A e 8B, a montagem de pistão conversível g compreende vários lastros 12, que podem ser de aço ou de outros materiais rígidos. De acordo com ao menos algumas modalidades, pode haver quatro lastros 12 por cilindro. No entanto, esse número não é obrigatório, e qualquer número de lastros 1-N, onde N é qualquer número, é considerado parte da invenção.

[073]O movimento artificial da água dentro do sistema 100 é provocado pelo pistão conversível g. Uma base 22 sustenta vários tanques fechados ou vedados 17. De acordo com ao menos algumas modalidades, os tanques 17 contêm um material pesado, tal como hematita ou algo do gênero. O peso e a quantidade de hematita ou outro material são calculados com base no volume de água 37 a ser deslocado dentro do alojamento 102 e na quantidade de energia que será gerada. O pistão conversível g possui um dispositivo abre-fecha hidráulico de porta central do pistão conversível 15. Essa porta 15 fecha quando o pistão conversível desce e abre quando ele sobe. O canal de água do pistão conversível de aço conversível 18 permite a passagem desimpedida de água através da base do pistão conversível de aço conversível 22. Os tanques de aço fechados contendo uma massa calculada do material pesado 17 propiciam o peso de base desejado do pistão conversível de aço conversível junto aos quadros de aço e outras estruturas de aço no pistão conversível de aço conversível. Um peso adicional decorre da água acima do pistão conversível no cilindro na medida em que ela é reciclada de volta ao cilindro. O pistão conversível de aço conversível aterrissa no piso do cilindro 6, 7 usando o amortecimento de pouso do pistão conversível de aço conversível 10.

[074]Como mencionado, a montagem de pistão conversível g, conforme ilustrada nas figuras, inclui quatro tanques ou câmaras de lastro 12. Cada câmara 12 inclui uma placa giratória 9 que permite que a água entre, forçando assim o ar a sair rumo ao topo do ambiente fechado, tal como através de uma mangueira de ar flexível 19. Cada câmara conecta-se a um cano de equalização do nível 8. As placas giratórias 9 são acionadas para abrir e fechar por um motor, que pode ser elétrico, pneumático, hidráulico, mecânico ou alguma combinação desses. Cada câmara 12 inclui uma bomba para forçar a água a sair quando a montagem de pistão conversível g chega ao fundo ou próxima ao fundo da base cilíndrica h. A montagem de pistão conversível g possui uma placa giratória mais larga 50 no ou próxima do centro, a qual abre e fecha para permitir que o pistão conversível suba e desça de maneira controlável. Essa placa também é acionada para abrir e fechar por um motor, que pode ser elétrico, pneumático, hidráulico, mecânico ou alguma combinação desses. Quando as válvulas giratórias 9 de cada câmara de lastro 12 abrem, a válvula giratória 15 do pistão conversível fecha (vide, por exemplo, a Fig.

7B). As câmaras 9 enchem-se de água, o que faz com que o pistão conversível perca sua flutuabilidade e permite que ele desça rumo ao fundo do alojamento 102. Quando as válvulas giratórias 9 de cada câmara de lastro fecham, a válvula giratória 15 do pistão conversível abre (vide, por exemplo, a Fig. 7A). As bombas internas das câmaras de lastro forçam a água a sair e o ar entra naturalmente, o que torna o pistão conversível flutuante e permite que ele suba na água rumo à superfície da mesma (na ou próxima da linha tracejada 23).

[075]Como melhor ilustram as Figs. 8A e 8B, os um ou mais tanques de lastro 12 possuem uma linha de equalização 8 para garantir que todos eles permaneçam substancialmente no mesmo nível. Um tanque de lastro inclui ao menos um mecanismo de abertura 9, que possui orifícios para permitir seletivamente que a água entre no tanque de lastro. De acordo com algumas modalidades, o mecanismo de abertura 9 pode ser um atuador giratório. No entanto, outro atuador, solenoide, engrenagem ou portas similarmente acionadas, ou outros membros de abertura seletivos, podem ser utilizados para que possa-se abrir as válvulas para permitir que uma quantidade de água entre no lastro mas fechá-las para impedir ou então mitigar que mais água entre no lastro. Ao abrir o tanque de lastro 12, permite- se que a água 43 encha a câmara de lastro. O ar dentro do lastro 12 é ventilado à atmosfera através de uma mangueira de ar flexível 19. A adição de água aos um ou mais lastros da montagem de pistão conversível agregará peso e/ou reduzirá a flutuabilidade da montagem de pistão conversível. Assim, o pistão conversível g afundará ou descerá quando o lastro 12 e a porta 15 se abrirem.

[076]A montagem de pistão conversível g voltará a subir ao nível da água 23 quando a água for descarregada dos um ou mais tanques de lastro 12, tal como por uma ou mais bombas submersíveis 11 e linhas de descarga 13. A linha de descarga 13 incorpora uma válvula de retenção para impedir que a água bombeada volte através da mesma. O ar é sugado da atmosfera aos tanques de lastro 12 através da mangueira 19. A flutuabilidade da montagem de pistão conversível g supera o peso dos tanques contendo a massa pesada 17.

[077]Além disso, como ilustram as Figs. 1, 6A e 6B, a periferia da montagem de pistão conversível g pode incluir um único balão contínuo 14, ou várias montagens de balão 14 intermitentes. As uma ou mais montagens de balão 14 incluem uma seção inflável, que pode ser feita de um polímero inflável. Durante a descida da montagem de pistão conversível g, os um ou mais balões 14 são inflados, usando um compressor externo e unidade de tanque de ar comprimido alinhada a ele, através da mangueira de ar dos tanques de lastro de modo a pressionar uma parte do balão próxima da ou contra a parede do alojamento 102. Isso cria uma vedação entre os um ou mais balões e a parede do alojamento, que pode ser estanque a água para impedir ou então mitigar que a água desloque-se acima do pistão conversível através das laterais internas do alojamento 102 durante a descida. Durante a subida do pistão conversível, o balão pode ser desinflado para permitir uma subida mais fácil ou mais eficaz com menos impedimentos à montagem de pistão conversível g. A Fig. 6A ilustra os um ou mais balões 14 inflados, junto com uma seta descendente para indicar o movimento da montagem de pistão conversível. Note-se que as setas apontando para a esquerda na figura indicam a inflação dos balões para fora em direção à parede 102. Conforme ilustra a Fig. 6B, os balões foram desinflados, conforme indicam as setas voltadas para a direita. Note-se o vão entre os balões e a parede 102. Além disso, a seta voltada para cima indica que o pistão conversível está subindo.

[078]Como mencionado, a água é introduzida no alojamento 102 do sistema

100. A montagem de pistão conversível g sobe a um ponto delimitado por um batente de pistão conversível 41. Os balões infláveis 14, que podem compreender vedações do pistão conversível feitas de polímero resistente à abrasão, são inflados para garantir o contato corrediço e estanque a água entre as laterais do pistão conversível e a parede de alojamento 16. As válvulas giratórias dos tanques de lastro 9 abrem e permite-se que a água entre nos tanques de lastro de aço 12, deslocando assim o ar, que é ventilado através da mangueira de ar dos tanques de lastro 19. O nível da água nos tanques de lastro de aço é igualado usando a linha de equalização dos tanques de lastro de aço 8. A linha de equalização 8, a altura calculada do conjunto de vedações infláveis do pistão conversível e a distribuição uniforme de pesos sobre o pistão conversível mitigam ou impedem o pistão conversível de inclinar-se em qualquer direção enquanto sobe ou desce. O pistão conversível g possui uma válvula giratória de porta central do pistão conversível 15. Essa válvula fecha quando o pistão conversível desce e abre quando ele sobe. O canal de água do pistão conversível de aço conversível 18 permite a passagem desimpedida de água através da base do pistão conversível de aço conversível 22. Os tanques de aço fechados contendo uma massa calculada do material pesado 17 propiciam o peso de base desejável do pistão conversível de aço conversível junto aos quadros de aço e outras estruturas de aço no pistão conversível de aço conversível. Um peso adicional decorre da água sobre o pistão conversível no alojamento na medida em que ela é reciclada de volta ao cilindro. O pistão conversível de aço conversível aterrissa no piso do cilindro usando o amortecimento de pouso do pistão conversível de aço conversível 10.

[079]A subida (volta) do pistão conversível g é viabilizada usando as bombas submersíveis nos tanques de lastro 11. As bombas 11 poderiam ser alimentadas por um sistema criado ou armazenado semelhante ao ilustrado nas figuras. As bombas submersíveis nos tanques de lastro 11 evacuam a água a um certo nível nos tanques de lastro 12 e descarregam-na na parte superior do pistão conversível de aço conversível através da linha de descarga de água de lastro munida de uma válvula de retenção 13. A natureza detesta o vácuo. Logo, o ar acima do nível da água no cilindro entra nos tanques de lastro através da mangueira de ar flexível dos tanques de lastro 19, que flutua acima do nível da água no alojamento (a saber, linha 23). A porta do pistão conversível de aço conversível 15 abre gradativamente, e as vedações infláveis do pistão conversível 14 desinflam lentamente, o que permite que o pistão conversível escape e suba graças ao ímpeto criado pelo ar nos tanques de aço de lastro, que é mais denso do que a água. Ao aproximarem-se do nível submerso máximo, as vedações 14 inflam gradativamente de novo e atuam como freios, e a porta central do pistão conversível de aço conversível 15 também fecha. O batente de pistão conversível mecânico 14 adicionalmente cessa o movimento do cilindro g. O ciclo continua para que ocorram a subida e descida do pistão conversível, o que deslocará a água através do resto do sistema de energia

100.

[080]Aspectos adicionais do sistema de energia 100 incluem que a porção de base h compreende uma linha de descarga 20, que é afixada externamente por grampos de linha 21, uma válvula/strainer de adufa a motor 5, uma base de aço 6, uma base de estaqueamento profunda de concreto reforçado 7, uma parede de concreto reforçado com uma placa de aço no revestimento 16, um elevador de pessoal 36 e água 43, que possui um nível 23.

[081]Logo, a subida e descida do pistão conversível g deslocam a água 43 no alojamento 102. O deslocamento da água quando da descida do pistão conversível força-a abaixo do pistão conversível. Essa água precisa deslocar-se para algum lugar, e, como perceber-se-á, será conduzida através de uma rede de dispositivos geradores de energia para gerar energia com base no movimento. À medida que o cilindro desce e sobe continuamente, a água continuará se deslocando através do sistema, gerando assim uma saída constante de energia.

[082]Passando agora às Figs. 1, 9A e 9B, o sistema de energia 100 é comissionado quando a válvula e strainer de adufa a motor 5 se abrem, permitindo que a água deslocada sobre a qual atua o pistão conversível g entre em uma unidade geradora a turbina 4 ou 44, onde gera-se o primeiro estágio de eletricidade.

Note-se que as unidades a turbina 4 e 44 são posicionadas em locais diferentes em torno do alojamento 102 para permitir uma maior captura da água deslocada.

Note- se também que a posição das unidades 4, 44 e 1 pode nem sempre ser no fundo do alojamento 102, dependendo de se o alojamento 102 foi construído acima do solo ou abaixo do solo.

Quando o alojamento 102 é construído como um eixo vertical abaixo do solo usando uma máquina de submersão do eixo vertical, as unidades 4, 44 e 1 encontram-se próximas porém abaixo do nível da água 41, mas a adufa permanece no fundo alinhada ao alojamento.

Além disso, as turbinas 4, 44 podem ser turbinas Francis, que são turbinas de reação de fluxo interno que combinam os conceitos de fluxo radial e axial.

A unidade geradora a turbina Francis descarrega em outra unidade geradora a turbina 1, que pode ser uma unidade geradora a turbina Kaplan na linha de distribuição paralela, onde gera-se o segundo estágio de eletricidade.

A turbina Kaplan é uma turbina de reação de fluxo interno, o que significa que o fluido de trabalho muda de pressão à medida que move-se através da turbina e concede sua energia.

Recupera-se energia tanto das cabeça hidrostática quanto da energia cinética da água circulante.

O modelo combina características de turbinas radiais e axiais.

A entrada é um tubo em forma de rolo que envolve o distribuidor da turbina.

A água é dirigida tangencialmente através do distribuidor e segue em espiral a um rotor em forma de hélice, fazendo com que gire.

A saída é um tubo de sucção com formato especial que ajuda a desacelerar a água e a recuperar a energia cinética.

A turbina não precisa estar no ponto mais baixo do fluxo de água contanto que o tubo de sucção permaneça cheio de água.

Uma localização mais alta da turbina, contudo, aumenta a sucção que é transmitida às pás da turbina pelo tubo de sucção.

A queda de pressão resultante pode provocar cavitação.

A geometria variável do distribuidor e das pás da turbina permite a operação eficaz para uma variedade de condições de fluxo. A eficácia das turbinas Kaplan é tipicamente acima de 90%, mas pode ser mais baixa em aplicações de cabeça muito baixas.

[083]Nessa unidade, várias turbinas menores (na modalidade ilustrada, há cinco listadas por 1A, 1B, 1C, 1D, 1E e 1…, sendo que a última permite o uso de qualquer número) são dispostas em paralelo com uma entrada em comum e linhas de descarga menores separadas 3 e 20 rumando à seção de rodas de energia por momento u do sistema 100.

[084]A seção de rodas de energia por momento u é mais bem ilustrada nas Figs. 1, 2, 3, 4, e 5. As linhas 3, 20 são afixadas ao alojamento em torre cilíndrica 102 usando grampos de linha de descarga 21. A cabeça afunilada de alta pressão da linha de descarga da turbina Kaplan 28 dirige-se tangencialmente rumo à estrutura de aço discoide de uma roda de energia por momento 31, de tal modo que um fluxo de alta pressão de água descarregue das linhas 3, 20 na cabeça 28 e exerça impacto sobre as aletas de impacto no gerador a roda de energia por momento 29 da estrutura de roda por momento 31, fazendo com que ela gire. De acordo com algumas modalidades, a água exerce impacto às aletas de maneira tangencial e quase perpendicular. As aletas 29 podem assumir muitas formas e são ilustradas nas figuras na forma de copos para receber com eficácia a água para conversão em rotação. Isso é mais bem ilustrado na Fig. 3. No entanto, a configuração exata e/ou o número exato de aletas 29 não limitam a invenção. Além disso, o tamanho da roda por momento 31 também não deve ser exaustivo.

[085]A roda por momento 31 é um tipo de roda volante ou roda Pelton. Uma roda volante é um dispositivo mecânico desenvolvido especialmente para armazenar com eficácia a energia rotacional (energia cinética). As rodas volantes resistem a mudanças na velocidade de rotação em virtude de seu momento de inércia. A quantidade de energia armazenada em uma roda volante é proporcional ao quadrado de sua velocidade de rotação e massa. Uma maneira de mudar a energia armazenada da roda volante sem mudar sua massa consiste em aumentar ou reduzir sua velocidade de rotação. Visto que as rodas volantes atuam como dispositivos de armazenamento de energia mecânica, elas são um armazenamento de energia cinética análogo aos capacitores elétricos, por exemplo, que são um tipo de acumulador. Como outros tipos de acumuladores, as rodas volantes regulam a ondulação na saída de energia, provendo surtos de alta saída de energia conforme necessário, absorvendo surtos de alta entrada de energia (energia gerada pelo sistema) conforme necessário, e, dessa forma, atuam como filtros passa-baixa sobre a velocidade mecânica (angular ou outra) do sistema. No entanto, a roda de energia por momento atua à semelhança muito mais de uma roda Pelton do que de uma roda volante ao converter a força de impacto em movimento rotacional, e também mais à semelhança de uma alavanca uma vez que é projetada para alavancar sobre seu grande raio a fim de amplificar a força de impacto a suas aletas circunferentes, aumentando assim o torque para produzir um trabalho mais útil rumo ao centro.

[086]A estrutura de suporte de aço das roda de energia por momento 25 oferece uma base para o alojamento de eixo e mancal das rodas de energia por momento 27, que permite que uma roda de energia por momento gire, o que pode ser em alta velocidade, de maneira constante e com segurança. A estrutura de suporte de aço superior das rodas de energia por momento 30 segura o alojamento de mancal terminal das rodas de energia por momento e oferece uma base estacionária para os alternadores e engrenagens das rodas de energia por momento 32 (vide, por exemplo, a Fig. 4). A combinação técnica da engrenagem do alternador com a cremalheira de roda (uma grande cremalheira circular localizada próxima ao eixo de roda de energia por momento) traduz a rotação da roda de energia por momento na rotação do eixo do alternador para gerar eletricidade no terceiro estágio. Note-se também que um alternador pode ser montado com uma caixa de câmbio para aumento da velocidade diretamente no eixo central da roda de energia por momento.

[087]O teto do alojamento 33 cobre a seção superior da torre 102. Há também um para-raios 34 para proteger o sistema 102 contra os riscos e efeitos danosos dos raios. Este também poderia ser uma simples haste de para-raios feita de metal.

[088]Uma calha de água de vórtice 36 coleta a água depois que ela atinge as aletas de impacto das rodas de energia por momento 29 e cria uma cabeça de 3 metros (à guisa de exemplo apenas, não devendo o tamanho exato da cabeça limitar a invenção), que aciona um gerador de energia por vórtice 35 para a geração de energia de quarto estágio. De acordo com os princípios da energia de vórtice de água por gravitação, a tecnologia baseia-se em uma bacia redonda com um dreno central. Sobre o dreno, a água forma um vórtice em linha estável que aciona uma turbina de água. A água atravessa uma entrada reta e, então, passa tangencialmente a uma bacia redonda. A água forma um grande vórtice sobre o dreno de fundo central da bacia. Uma turbina capta a energia rotacional do vórtice, que é convertida em energia elétrica por um gerador.

[089]A descarga da calha de vórtice 37, então, dirige a água de saída a um gerador a turbina Kaplan secundário 38 para a geração de energia de quinto estágio. Esse gerador a turbina Kaplan secundário 38 descarrega a água em um gerador a roda de energia por momento secundário 40 para a geração de energia de sexto estágio. Isso é ilustrado em mais detalhes na Fig. 5. Conforme ilustra a figura, a roda por momento 40 é sustentada por um quadro 24. A roda 40 inclui várias aletas em torno da periferia da mesma. As aletas interagem com a água descarregada das turbinas 38 de modo a girar para gerar energia adicional.

[090]A água, depois de interagir com as rodas por momento 40, recua desimpedidamente à porção mais inferior h do alojamento 102. Os estágios de geração de energia primeiro, segundo e terceiro são os geradores de energia primários, ao passo que os estágios de geração de energia quarto, quinto e sexto são os geradores de energia secundários.

[091]As Figs. 10 e 11 ilustram o ciclo da água (Fig. 10) e os estágios de geração de energia (Fig. 11), respectivamente. A energia gerada é transmitida para alimentar elevadores de tensão e uma ou mais subestações para sincronização e alimentação a onde a eletricidade se faz necessária. Esses processos são controlados por um sistema de controle por lógica programável (PLC).

[092]A seção de rodas de energia por momento u é composta por uma parede cilíndrica de placa de aço reforçada com quadros de suporte de aço 24. Essa seção u pode ter um diâmetro mais largo do que a seção de base h e oferece um espaço de piso mais largo do que 3 metros para fins de manutenção e instalações. Uma grua para manutenção do pistão conversível de aço conversível 26 viabiliza serviços de manutenção tais como troca de vedações de pistão conversível danificadas e outros serviços de manutenção. Uma escada vertical 39 pode ser incluída para o acesso de pessoal especializado aos geradores a roda e plataformas estruturais. Um elevador de pessoal 42 é instalado para transportar especialistas de um porão ao piso da seção u. Quando o alojamento 102 for construído por inteiro no subsolo como um eixo vertical usando uma máquina de submersão do eixo vertical, o elevador pessoal 42 só será necessário para deslocar o pessoal especializado do porão onde as unidades 4, 44 e 1 foram instaladas ao topo da roda de energia por momento.

[093]De acordo com ao menos algumas modalidades, as dimensões típicas do alojamento podem ser conforme o seguinte: raio do cilindro interno da seção h igual a cerca de 5 a 50 metros e espessura da parede de concreto igual, inferior ou superior a cerca de 1 metro, h igual a, inferior ou superior a cerca de 300 metros, g igual a, inferior ou superior a cerca de 20 metros, u igual a, inferior ou superior a cerca de 25 metros e a seção de teto igual, inferior ou superior a cerca de 10 metros.

[094]Sendo assim, o princípio funcional em suma é que o peso do pistão conversível e da água acima do pistão conversível exercem pressão à água sob a base do pistão conversível em consonância com a Lei de Pascal, que afirma que "uma mudança na pressão em qualquer ponto em um fluido encerrado em repouso é transmitida em toda sua plenitude a todos os pontos no fluido”. Essa pressão faz com que a água flua do interior do alojamento através de um encanamento alinhado a ao menos um ou mais de um gerador a turbina Francis, um ou mais de um gerador a turbina Kaplan, um ou mais de um gerador a roda de energia por momento, um ou mais de um gerador de energia por vórtice, um ou mais de um gerador a turbina Kaplan secundário e um ou mais de um gerador a roda de energia por momento secundário, onde a eletricidade é gerada em seis estágios, respectivamente. A água é então reciclada ao alojamento. O pistão conversível desce por ação da gravidade e sobe pelo ímpeto criado pelo deslocamento líquido do ar por uma bomba. Isso é regido pelo Princípio de Archimedes, que diz que “um corpo submerso em um fluido sofre uma força de flutuabilidade igual ao peso do fluido que desloca”. O ar nos tanques de lastro é menos denso do que a água, logo ele gera um ímpeto ascendente que sobe o pistão conversível de aço conversível. A roda de energia por momento alavanca sobre seu grande diâmetro para converter a força de impacto sobre suas aletas a fim de produzir mais trabalho rotacional mecânico, que, por sua vez, é convertido em energia elétrica pelos alternadores. Isso está em consonância com os Princípios Operacionais de uma Alavanca de Archimedes que dizem que "o momento de uma força em torno de um ponto ou objeto é igual ao produto da força aplicada e da distância perpendicular da força aplicada ao ponto ou objeto”. Isso também respeita as Leis de Newton sobre Rotação: A Primeira Lei de Newton sobre Rotação diz que um objeto em repouso tende a permanecer em repouso, e um objeto que gira tende a girar com velocidade angular, salvo quando sofre ação por um torque líquido diferente de zero ou quando há uma mudança na maneira como a massa do objeto é distribuída. A Segunda Lei de Newton sobre Rotação diz que o torque externo líquido é igual ao momento de inércia multiplicado pela aceleração angular.

[095]De acordo com algumas modalidades, dois sistemas em torre, tais como os ilustrados na Fig. 1, são usados para a geração ininterrupta de energia. Uma torre gera energia, que é alimentada aos consumidores e usada para regenerar a segunda torre e vice-versa. O ciclo continua ininterruptamente 24 h por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano. Note-se que isso não significa que essa é uma máquina de movimento perpétuo na acepção de movimento perpétuo.

[096]As vantagens desse sistema, como ilustrado e/ou revelado neste documento, incluem, entre outras, as seguintes, em que o sistema:

[097]Pode ser operado como um sistema de geração de energia independente, isto é, que não precisa de nenhuma energia externa, seja ela energia da rede elétrica, para regenerá-lo, tal como energia eólica ou solar, uma vez iniciado.

[098]Alimenta energia constante e contínua não intermitente — disponível a qualquer tempo.

[099]Independe de um armazenamento de energia dispendioso porque a energia é gerada sob demanda.

[0100]Oferece energia de qualidade adequada para todos os tipos de carga e pode resistir a surtos de carga.

[0101]É flexível – se a rede elétrica precisa de mais energia, as válvulas abrem mais para aumentar o fluxo de água.

[0102]Oferece uma fonte mais verde de eletricidade segura. Só utiliza força gravitacional, garantindo zero uso de combustível, emissão zero e menos impacto ambiental.

[0103]Em comparação a todas as outras fontes de geração de energia comerciais, possui a menor pegada ambiental por quilowatt de eletricidade gerado, economizando assim terra para a agricultura, habitação humana e industrialização.

[0104]É adequado para a geração descentralizada de energia, garantindo assim menos perda de energia devida à transmissão por longas distâncias, o que possibilita satisfazer as necessidades de energia de cada cidade.

[0105]Oferece a fonte de eletricidade segura mais barata por quilowatt-hora dado o baixo custo operacional, ao passo que maximiza os lucros porque perde-se menos na transmissão e armazenamento.

[0106]Deve obter autorização e licença para construção com facilidade sem muitos problemas ambientais.

[0107]Independe de diferenças de elevação e disponibilidade de rio corrente para a localização da usina.

[0108]Inclui a geração de energia ideal em seis estágios Controlada por Lógica Programável (PLC) automatizada, que garante a mais alta eficácia possível em comparação a qualquer outro sistema de energia.

[0109]É de localização flexível, com menor custo capital, rápida construção e comissionamento, circulação ideal de água e rápido retorno do investimento.

[0110]De acordo com algumas modalidades, que podem ser incorporadas a qualquer uma das ilustradas e/ou descritas neste documento, o alojamento do sistema tem um formato semelhante a um típico armazém de grãos. No entanto, conforme ilustrado, o alojamento 102 pode assumir outros formatos e tamanhos, tais como uma seção de base cilíndrica com uma porção superior bulbosa (vide, por exemplo, a Fig. 1). Além disso, note-se que o alojamento é de orientação fundamentalmente vertical e também pode ser chamado de torre ou de uma estrutura semelhante. Além do mais, apreciar-se-á que as uma ou mais torres,

conforme reveladas neste documento, podem ser montadas acima ou abaixo do solo.

[0111]Ainda outras modalidades incluem aspectos adicionais da invenção. Por exemplo, as Figs. 12 e 13 ilustram uma situação desse tipo. Nessas figuras, são incluídas muitas das mesmas estruturas e/ou componentes das Figs. de 1 a 11. Logo, esses componentes individuais não serão descritos novamente. No entanto, as Figs. 12 e 13 revelam uma situação na qual dois ou mais alojamentos 102 e montagens de pistão conversível podem partilhar uma roda de energia por momento de um sistema de energia 100.

[0112]Como mencionado neste documento, dois ou mais alojamentos poderiam ser usados em conjunto um com o outro para alimentar qualquer energia externa um ao outro, bem como para aumentar a saída das unidades de torre combinadas para um sistema em particular. No caso das configurações ilustradas nas Figs. 12 e 13 (onde só uma montagem de torre é ilustrada, mas seria dobrada com componentes iguais), o número de combinações de pistão conversível e alojamento poderia ser grandemente aumentado.

[0113]Conforme ilustra a Fig. 13, o alojamento 102 poderia ser em três ou mais. Esses três alojamentos 102 distintos operariam separada porém independentemente para a regeneração. No entanto, os três alojamentos 102 seriam associados a um sistema de geração de energia em comum 100, que compreenderia uma roda de energia por momento primária, um gerador de energia por vórtice, um gerador Kaplan secundário e uma roda de energia por momento secundária, tal como ilustra a Fig. 12, onde a água deslocada de qualquer uma das seções seria movida através dos estágios de geração de energia primeiro, segundo, terceiro, quarto, quinto e sexto (vide, por exemplo, as Fig. 10 e 11).

[0114]Embora uma única unidade de pistão conversível permita um único ciclo dos estágios de geração de energia por movimento descendente, uma situação com mais de um pistão conversível permitiria a alternância do movimento dos pistões conversíveis. Isso proporcionaria um fluxo semicontínuo de água através dos estágios de energia para produzir energia continuamente. Isso seria útil em áreas com maior demanda, ou quando uma maior quantidade de energia fosse gerada para armazenamento. A programação do sistema poderia controlar o movimento dos pistões conversíveis a fim de prover uma alternância mais eficaz dos vários pistões conversíveis nos diferentes alojamentos 102 para tentar prover um fluxo semicontínuo de água através dos estágios de geração de energia e a consequente geração de energia contínua.

[0115]Isso pode ser adicionalmente aprimorado pelo uso de sistemas de energia duplos 100, cada um com três alojamentos 102 diferentes com pistões conversíveis movendo-se separadamente. Cada sistema em torre teria uma única roda por momento principal no terceiro estágio de geração de energia, mas incluiria ainda outros estágios de alimentação diferentes para cada um dos alojamentos 102 e seções de pistão conversível individuais, o que aumentaria exponencialmente o potencial de geração de saída de energia.

[0116]Como mencionado, qualquer um dos sistemas propostos pode ser controlado mecanicamente, mas contempla-se que o sistema seja controlado por um controle por lógica programável (PLC). O sistema também pode utilizar qualquer sistema de controle industrial (ICS). ICS é um termo genérico que abrange vários tipos de sistemas de controle e instrumentação associada usados para o controle de um processo industrial. Esses sistemas podem variar de alguns controladores montados em um painel modular a sistemas de controle distribuído interconectados e interativos com muitos milhares de conexões de campo. Todos os sistemas recebem dados advindos de sensores remotos que medem variáveis de processo (PVs), comparam-nos a pontos de referência desejados (SPs) e derivam funções de comando que são usadas para controlar um processo através de elementos de controle finais (FCEs), tais como válvulas de controle. Os sistemas mais extensos tipicamente são implementados por sistemas de Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA), ou sistemas de controle distribuído (DCS), embora os sistemas SCADA e PLC sejam redutíveis a sistemas pequenos com alguns loops de controle. Esses sistemas são difundidamente usados em setores tais como o do processamento químico, da fabricação de polpa e papel, da geração de energia, do processamento de óleo e gás e das telecomunicações.

[0117]Uma ou mais modalidades que incluem o PLC descrito neste documento podem ser implementadas usando módulos, motores ou componentes programáticos. Um módulo, motor ou componente programático pode incluir um programa, uma sub-rotina, uma parte de um programa, ou um componente de software ou um componente de hardware capazes de executar uma ou mais das tarefas ou funções mencionadas. Conforme usado neste documento, um módulo ou componente pode existir em um componente de hardware independentemente de outros módulos ou componentes. Como alternativa, um módulo ou componente pode ser um elemento ou processo compartilhado de outros módulos, programas ou máquinas.

[0118]O PLC, de acordo com os aspectos da presente invenção, também pode incluir componentes tais como um controle inteligente e componentes de comunicação. Exemplos dessas unidades de controle inteligentes podem incluir unidades de processamento central à parte ou em tablets, telefones, dispositivos portáteis, laptops, telas do usuário, ou fundamentalmente qualquer outro dispositivo de computação capaz de permitir a entrada, oferecer opções e exibir a saída de funções elétricas. Uma unidade de processamento central (CPU), também chamada de processador central ou processador principal, é o sistema de circuitos eletrônicos de um computador que põe em prática as instruções de um programa de computador ao executar as operações de aritmética básica, lógica, controle e entrada/saída (E/S) especificadas nas instruções. Ainda outros exemplos incluem um microprocessador, um microcontrolador ou outro dispositivo programável adequado e uma memória. O controlador também pode incluir outros componentes e pode ser implementado em parte, ou por inteiro, em um semicondutor (por exemplo, um chip de arranjo de portas programáveis em campo ("FPGA"), tal como um chip desenvolvido por um processo de design no nível de transferência de registro ("RTL").

[0119]A memória inclui, em algumas modalidades, uma área de armazenamento de programa e uma área de armazenamento de dados. A área de armazenamento de programa e a área de armazenamento de dados podem incluir combinações de diferentes tipos de memória, tais como memória somente para leitura ("ROM", um exemplo de memória não volátil, o que significa que ela não perde dados quando não está conectada a uma fonte de alimentação) ou memória de acesso aleatório ("RAM", um exemplo de memória volátil, o que significa que ela perderá seus dados quando não estiver conectada a uma fonte de alimentação). Alguns exemplos adicionais de memória volátil incluem RAM estática ("SRAM"), RAM dinâmica ("DRAM"), DRAM síncrona ("SDRAM") etc. Exemplos adicionais de memória não volátil incluem memória somente para leitura programável eletricamente apagável ("EEPROM"), memória flash, um disco rígido, um cartão SD etc. Em algumas modalidades, a unidade de processamento, tal como um processador, um microprocessador ou um microcontrolador, conecta-se à memória e executa instruções de software que podem ser armazenadas em uma RAM da memória (por exemplo, durante a execução), uma ROM da memória (por exemplo, de maneira fundamentalmente permanente) ou outro meio legível por computador não transitório, tal como outra memória, ou um disco.

[0120]A fim de interagir ou então controlar qualquer um dos componentes do sistema, uma interface máquina-usuário pode ser incluída. A interface do usuário é o meio através do qual o usuário interage com uma máquina. A interface do usuário pode ser uma interface digital, uma interface de linha de comandos, uma interface gráfica do usuário ("GUI") ou qualquer outro meio através do qual o usuário possa interagir com uma máquina. Por exemplo, a interface do usuário ("UI") pode incluir uma combinação de dispositivos de entrada e/ou saída digitais e analógicos ou qualquer outro tipo de dispositivo UI de entrada/saída necessário para obter um nível desejado de controle e monitoramento para um dispositivo. Exemplos de dispositivos de entrada e/ou saída incluem mouses de computador, teclados, telas de toque, botões de girar, discos, chaves, botões de pressão etc. As entradas recebidas na UI podem ser então enviadas a um microcontrolador para controlar aspectos operacionais de um dispositivo.

[0121]O módulo de interface do usuário pode incluir uma tela, que pode atuar como um dispositivo de entrada e/ou saída. Mais particularmente, a tela pode ser uma tela de cristal líquido ("LCD"), uma tela de diodos emissores de luz ("LED"), uma tela LED orgânica ("OLED"), uma tela eletroluminescente ("ELD"), uma tela de emissores eletrônicos de condição de superfície ("SED"), uma tela de emissão em campo ("FED"), um transistor de filme fino ("TFT") LCD, uma tela reflexiva colestérica biestável (isto é, e-paper) etc. A interface do usuário também pode ser configurada com um microcontrolador para exibir condições ou dados associados ao dispositivo principal em tempo real ou substancialmente real.

[0122]Como os versados na técnica perceberão, é possível fazer mudanças à mecânica, aos procedimentos ou outras mudanças sem divergir do âmbito nem da essência da invenção. O âmbito da invenção é definido somente pelas reivindicações anexas, junto com o âmbito total de equivalentes a que essas reivindicações têm direito.

[0123]A presente revelação não se limita às modalidades específicas descritas neste documento. As reivindicações a seguir expõem várias das modalidades da presente revelação com maior particularidade.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de geração de energia CARACTERIZADO por compreender: um alojamento contendo água; um pistão conversível posicionado no alojamento, sendo que o pistão conversível move-se na água contida no alojamento de água para deslocar uma quantidade da mesma; sendo que o pistão conversível move-se em parte por ação gravidade e por flutuabilidade; um primeiro estágio de geração de energia para receber uma quantidade de água deslocada pelo pistão conversível para gerar uma primeira quantidade de energia elétrica; um segundo estágio de geração de energia em comunicação fluida com o primeiro estágio de geração de energia, sendo que o segundo estágio de geração de energia recebe água advinda do primeiro estágio de geração de energia para gerar uma segunda quantidade de energia elétrica; e e um terceiro estágio de geração de energia em comunicação fluida com os estágios de geração de energia primeiro e segundo, sendo que o terceiro estágio de geração de energia recebe água advinda dos estágios de geração de energia primeiro e segundo para gerar uma terceira quantidade de energia elétrica.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro estágio de geração de energia compreende uma turbina Francis.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo estágio de geração de energia compreende uma bomba a turbina Kaplan.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o terceiro estágio de geração de energia compreende ao menos um gerador a roda de energia por momento.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o pistão conversível compreende: ao menos um lastro; uma porção pesada; um balão inflável; e dispositivos abre-fecha de porta de água desenvolvidos internamente.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o ao menos um lastro do pistão conversível inclui uma válvula seletivamente controlável para seletivamente permitir que a água entre ou seja bombeada para fora do interior do lastro.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o ao menos um lastro compreende ainda um respiradouro em comunicação com a atmosfera para adicionar flutuabilidade ao pistão conversível.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o balão inflável controla a descida do pistão conversível no alojamento por ação da gravidade.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por compreender ainda: um quarto estágio de geração de energia, que recebe água do terceiro estágio de geração de energia antes de a água ser reintroduzida no pistão conversível; sendo que o quarto estágio de geração de energia compreende um gerador de energia por vórtice.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO por compreender ainda: um quinto estágio de geração de energia, que recebe água do quarto estágio de geração de energia antes de a água ser reintroduzida no pistão conversível;

sendo que o quinto estágio de geração de energia compreende outro gerador a turbina Kaplan.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por compreender ainda: um sexto estágio de geração de energia, que recebe água do quinto estágio de geração de energia antes de a água ser reintroduzida no pistão conversível; sendo que o sexto estágio de geração de energia compreende um segundo gerador a roda de energia por momento.

12. Método para geração de energia, o método sendo CARACTERIZADO por compreender: mover um pistão conversível na direção vertical em um alojamento para deslocar a água disposta no alojamento, o pistão conversível descendo por ação da gravidade e subindo por flutuabilidade; gerar energia em um primeiro estágio com a água deslocada; transmitir a água do primeiro estágio a um segundo estágio para gerar mais energia no segundo estágio; transmitir a água do segundo estágio a um terceiro estágio para gerar mais energia no terceiro estágio; e transmitir a água do terceiro estágio de volta ao pistão conversível no alojamento.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO por compreender ainda: antes de transmitir a água ao pistão conversível, passá-la através de um quarto, quinto e sexto estágios para gerar mais energia em cada um dos estágios quarto, quinto e sexto dispostos conforme ilustram as figuras neste documento.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que:

o primeiro estágio compreende um gerador a turbina Francis; os estágios segundo e quinto compreendem geradores a turbina Kaplan; os estágios terceiro e sexto compreendem geradores a roda de energia por momento; e o quarto estágio compreende um gerador de energia por vórtice disposto conforme ilustrado neste documento.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de descer o pistão conversível por ação da gravidade compreende abrir ao menos uma entrada para ao menos um lastro do pistão conversível de modo a permitir que a água entre no ao menos um lastro para aumentar o peso do pistão conversível.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de subir o pistão conversível por flutuabilidade compreende bombear a água no ao menos um lastro para fora e substituí-la por ar para aumentar a flutuabilidade do pistão conversível.

17. Sistema de energia hidrelétrica por momento com base na gravidade CARACTERIZADO por compreender: um alojamento vertical contendo água; um pistão conversível no alojamento, o pistão conversível sendo móvel em uma direção fundamentalmente vertical; uma série de geração de energia em comunicação fluida com o alojamento, a série de geração de energia compreendendo: um gerador de energia de primeiro estágio; um gerador de energia de segundo estágio; e um gerador de energia de estágio terceiro; sendo que cada um dos geradores de energia da série de geração de energia faz comunicação fluida um com o outro; e sendo que o pistão conversível desce, em parte por ação da gravidade, para deslocar a água no alojamento, a água deslocada movendo-se através do ciclo de geração de energia antes de voltar ao pistão conversível.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que a série de geração de energia compreende ainda: um gerador de energia de quarto estágio; um gerador de energia de quinto estágio; e um gerador de energia de sexto estágio.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que: o primeiro estágio compreende um gerador a turbina Francis; os estágios segundo e quinto compreendem geradores a turbina Kaplan; os estágios terceiro e sexto compreendem geradores a roda de energia por momento; e o quarto estágio compreende um gerador de energia por vórtice.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que o pistão conversível desce por ação da gravidade ao abrir ao menos uma entrada para ao menos um lastro do pistão conversível de modo a permitir que a água entre no ao menos um lastro para aumentar o peso do pistão conversível, ao passo que a porta central do pistão conversível fecha e o balão infla, exercendo assim pressão sobre o líquido (água) sob o pistão conversível.