BR202015015126Y1 - Disposição aplicada em turbina eólica com pás aerodinâmicas - Google Patents

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Abstract

disposição aplicada em turbina eólica com pás aerodinâmicas. é um produto da área de energia limpa e renovável. refere-se o presente objeto a uma inédita disposição de pás cônicas tipo "conchas" para movimentar turbinas eólicas de eixo vertical com força de arrastro, permitindo que haja mais concentração e força para impulsionar e movimentar o eixo vertical. as pás são interligadas por barras circulares de sustentação horizontal, formando uma espécie de volante, posicionadas e transpassando as pás na altura do bico do cone. as pás são longas, projetadas para captar as forças do vento, a certa distância do eixo de rotação para aumentar o torque no seu eixo. como a resultante das forças do vento incidem em um ponto distante do eixo de rotação, produz-se um elevado torque com efeito alavanca multiplicador no eixo central que poderá movimentar o eixo de grandes geradores. as barras circulares reforçam a estrutura da turbina deixando-a muito resistente a ventos fortes, à durabilidade e quebra das pás, além de dar mais estabilidade ao torque. a turbina poderá ter ainda barras ou cabos diagonais, superiores e/ou inferiores, de sustentação do peso ou das forças verticais que agem sobre as pás, formando uma disposição semelhante a uma treliça. a turbina será assentada na parte móvel de um mancai especial com suspensão a gás que terá um compartimento preenchido com um gás que tenha propriedade de ascensão para manter a turbina suspensa absorvendo todo ou quase todo seu peso, diminuindo assim o atrito, o ruído e, consequentemente, a inércia para começar o movimento de rotação e obviamente, aumentar sua eficiência.

Description

1. Refere-se o presente objeto a uma inédita disposição de pás cônicas tipo “conchas” para movimentar turbinas eólicas de eixo vertical com força de arrastro, permitindo que haja mais concentração e força para impulsionar e movimentar o eixo vertical. As pás são interligadas por barras circulares de sustentação horizontal, formando uma espécie de volante. As pás são longas, projetadas para captar as forças do vento principalmente a de arrasto, a uma certa distância do eixo de rotação para aumentar o torque no seu eixo. Como a resultante das forças do vento incidem em um ponto distante do eixo de rotação, produz-se um elevado torque com efeito alavanca multiplicador dessas forças no eixo central que poderá movimentar o eixo de grandes geradores elétricos. Quanto mais longas as pás, maior o torque no eixo central. Também temos uma distribuição mais igualitária destas forças por todas as pás, como consequência das barras circulares que as interligam na altura do bico do cone, que chamamos de volante, resultando em um reforço na estrutura da turbina deixando-a muito resistente a ventos fortes, à durabilidade e quebra das pás, além de dar mais estabilidade ao torque. A turbina poderá ter ainda barras ou cabos diagonais, superiores e/ou inferiores, de sustentação do peso ou das forças verticais agindo sobre as pás.
2. Estas barras ou cabos diagonais são unidas às barras circulares de sustentação horizontal num ponto próximo ao bico do cone das pás e ao rotor, seja na torre superior e/ou na parte inferior do rotor, formando uma disposição semelhante a uma treliça. A turbina será assentada na parte móvel de um mancai especial com suspensão a gás que terá um compartimento preenchido com um gás preferencialmente inerte que tenha propriedade de ascensão para manter a turbina suspensa absorvendo todo ou quase todo seu peso, diminuindo assim o atrito, o ruído e, consequentemente, a inércia para começar o movimento de rotação e obviamente, resultando em maior eficiência.
3. As turbinas eólicas são equipamentos projetados para extrair a energia cinética do vento e transformá-la em energia mecânica rotacional para basicamente movimentar eixos de geradores elétricos com o objetivo de gerar energia elétrica.
4. Elas podem ter múltiplas pás ou lâminas, mas para as turbinas de eixo horizontal a prática e estudos têm demonstrado que três pás ou lâminas tem sido a quantidade ideal. Já para as turbinas de eixo vertical o número ideal de pás ou lâminas deve ficar entre três a seis, dependendo do modelo.
5. Elas diferem umas das outras basicamente pela posição do seu eixo de rotação e também pelo desenho de sua aerodinâmica. Conforme a posição do seu eixo de rotação elas são classificadas como turbinas de eixo horizontal ou turbinas de eixo vertical e os diversos formatos diferem basicamente pelo desenho de suas pás.
6. As turbinas eólicas de eixo horizontal, atualmente as mais eficientes, possuem um formato padrão de hélices, semelhante a um cata-vento, que giram num plano perpendicular ou aproximadamente perpendicular à direção do vento e por esta razão devem ter um sistema de direcionamento para colocar as pás ou hélices, sempre frontal à direção do vento. Elas utilizam-se tanto da força de arrasto quanto da força de sustentação do vento dependendo do desenho aerodinâmico de suas pás. As mais eficientes têm sido aquelas cujo formato das pás tem um desenho aerodinâmico que consegue extrair o máximo possível da força de sustentação do vento para movimentar seu eixo. Por isso, normalmente as pás dessas turbinas são projetadas com um desenho semelhante à asa de um avião que aproveita a força de sustentação do vento. São turbinas boas e relativamente eficientes para os padrões atuais.
7. Já as turbinas de eixo vertical possuem formatos e desenhos de pás mais variados, não existe um único padrão de desenho como no caso das turbinas de eixo horizontal.
Estado da Técnica
8. Algumas das principais e mais conhecidas turbinas de eixo vertical são as turbinas tipo “Savonius” e tipo “Darrieus”. As turbinas tipo “Savonius” utilizam-se principalmente da força de arrasto do vento enquanto que as do tipo “Darrieus” utilizam-se principalmente das forças de sustentação do vento.
9. Uma das principais vantagens das turbinas de eixo vertical é o fato de não necessitarem de mecanismos de direcionamento para acompanhar as variações da direção do vento, o que reduz a complexidade e o custo do equipamento.
10. De uma maneira geral são turbinas que não possuem dimensões muito grandes, em parte devido ao peso limitar sua eficiência, pois as pás quase sempre ficam unidas ao eixo vertical horizontalmente e quanto maior as dimensões, maior o peso e quanto mais pesadas, maior sua inércia e, consequentemente, menor sua eficiência e também maior o risco de danos (quebras) das pás, manutenção dos mancais e etc.
11. Conforme seu desenho aerodinâmico, podem se utilizar tanto da força de arrasto do vento quanto da força de sustentação ou as duas ao mesmo tempo. Por operarem em dimensões menores, não precisarem de sistemas de direcionamento e não ter necessidade de ficar distante do solo, além de outras características favoráveis, são mais indicadas para operação em áreas urbanas e residenciais.
12. O projeto de sua aerodinâmica tem um motivo a mais de preocupação para seus projetistas que é o fato de suas pás possuírem posições distintas em relação à direção da força dos ventos. À medida que a turbina vai girando, ocorrem posições mais e menos favoráveis e posições mais e menos desfavoráveis em relação à direção do fluxo do vento, por causa da sua rotação no plano horizontal ser o mesmo plano do fluxo do vento. As posições mais e menos favoráveis são aquelas em que suas pás, seja qual for o formato, ficam em posições mais frontais ao vento, que exerce sobre elas forças no sentido favorável à rotação das pás, no mesmo plano horizontal de rotação. Já as posições mais e menos desfavoráveis são aquelas posições opostas às anteriores, ou seja, quando a pá, continuando seu movimento de rotação, atinge a posição onde começa a encontrar o vento fazendo força contrária ao movimento de rotação das pás da turbina. Nestas posições os ventos exercem sobre as pás forças que tendem a fazer a turbina girar no sentido contrário ao movimento de rotação normal, mas ela continua o movimento de rotação devido a fatores aerodinâmicos que faz com que sobressaem as forças que atuam no sentido de rotação desejada para as turbinas, pois a força de arrasto ou sustentação do vento exercido sobre as pás na posição favorável ao sentido de rotação é maior que nas posições desfavoráveis, devido ao desenho aerodinâmico das pás, caso contrário essas turbinas não funcionariam.
13. Devido à maior quantidade de variáveis que é preciso considerar no seu projeto, resultando em maior dificuldade para o seu desenvolvimento, não se tem conseguido turbinas de eixo vertical muito eficientes que gere energia numa escala de produção significativa, limitando sua aplicação, muito embora sem atingir ainda uma eficiência adequada, às pequenas demandas de energia.
14. Em pesquisa no banco de patentes do INPI, encontramos o seguinte documento:
15. “Pá de Turbina Eólica”, n° P10617344-6A2, depositada em 11/10/2006. Refere-se a uma pá de turbina eólica (10) que compreende uma área de raiz (13), uma vedação (20) dentro da pá na área de raiz, e o dispositivo para drenar água que condensa dentro da pá. O dispositivo de drenagem compreende quatro furos (30) formados na superfície da pá na área de raiz, dois em um lado da vedação e dois no outro lado, com respeito a sua posição angular na superfície da pá, dois furos estão localizados no lado de sucção da pá e dois outros furos estão localizados no lado de pressão da pá. Os furos (30) são proporcionados com uma saliência (35) se projetando para fora a partir da superfície externa da pá, de modo que a água fluindo para baixo da superfície externa da pá é impedida de entrar na pá.
16. Conforme os resumos acima, os processos mencionados não possuem similaridade com o objeto da presente patente, motivo pelo qual consideramos que não há impedimentos de ordem técnica nem legal para a obtenção do privilegio solicitado.
Problemas encontrados no estado da técnica
17. Alguns dos problemas e limitações das turbinas de eixo horizontal são os seguintes:
18. As turbinas de eixo horizontal têm uma faixa de funcionamento limitada para velocidades do vento, e funcionam bem apenas com velocidades médias do vento por volta de 7 m/s a 18 m/s. As turbinas maiores, que são as mais utilizadas e eficientes, não operam com ventos fracos por volta de até 3,5 m/s, pois apresentam grande inércia e os ventos fortes, acima de 25 m/s, começam a representar um grande perigo e são um ponto de preocupação para a integridade da turbina, podendo danificar seriamente as pás ou o sistema como um todo, por isso precisam de um sistema de segurança e proteção que seja capaz de mudar a posição das pás ou partes dela em relação ao vento para diminuir ou até mesmo parar sua rotação diante da ameaça dos ventos fortes.
19. Precisam ser posicionadas para receber frontalmente o vento, logo, devem ter um sistema de direcionamento para posicioná-la sempre na direção frontal ao vento.
20. Devem ter grandes dimensões, se comparadas às turbinas de eixo vertical, para atingir graus de eficiência razoáveis e alcançar seus objetivos.
21. Todos seus equipamentos, como geradores, engrenagens e acessórios além dos dispositivos de segurança e proteção, devem ser instalados no alto das torres de sustentação, fato que aumenta consideravelmente o peso sobre a estrutura das torres e, consequentemente, o custo das instalações dessas turbinas.
22. Todas essas limitações além de encarecerem muito estes sistemas eólicos de eixo horizontal, também limitam os locais de sua instalação para áreas rurais ou marítimas que possuam um regime regular de ventos de média velocidade para que possa ocorrer a geração de energia em grande escala, fato que demonstra sua viabilidade econômica apenas em locais onde há condições atmosféricas muito favoráveis e para produção de grande quantidade de energia.
23. Alguns dos problemas e limitações das turbinas de eixo vertical são os seguintes:
24. Um dos fatores limitadores da eficiência destas turbinas são suas dimensões. De uma maneira geral são turbinas que não possuem dimensões muito grandes, em parte devido ao peso limitar sua eficiência principalmente com ventos fracos, pois as pás quase sempre ficam unidas ao eixo vertical horizontalmente e quanto maior as dimensões, maior o peso, quanto mais pesadas, maior sua inércia e, consequentemente, menor sua eficácia.
25. Uma das condições mais limitadoras da eficiência e funcionamento das turbinas de eixo vertical é o fato de suas pás possuírem posições distintas em relação à direção da força dos ventos, posições mais e menos favoráveis e posições mais e menos desfavoráveis, por causa da sua rotação no plano horizontal ser o mesmo plano do fluxo do vento. Uma das implicações desse problema é a constante oscilação do torque. Como consequência, se sua aerodinâmica não for eficiente poderá inviabilizar totalmente o uso da turbina.
26. Outra consequência da união dos dois problemas anteriores, um possível excesso de peso e a dupla posição das pás em relação ao vento, posições mais e menos favorável e mais e menos desfavorável, são as quebras das pás ou danos na estrutura ou equipamento como um todo. Estes fatores presentes ao mesmo tempo, fazem com que hajam forças em vários sentidos atuando ao mesmo tempo sobre as pás, a força do peso no sentido vertical para baixo, as forças do vento nos dois sentidos horizontais(favorável/desfavorável), além de provocar oscilações verticais e horizontais em toda estrutura Esse problema pode inviabilizar totalmente o desenvolvimento e uso de uma turbina.
27. Devido esses fatores limitadores de sua eficiência e uso, não se tem conseguido turbinas de eixo vertical que gere energia em escala de produção comercial significativa, limitando sua aplicação, muito embora sem atingir ainda uma eficiência adequada, para uso em locais de pouca demanda de energia.
Novidade
28. Essa turbina eólica possui cinco importantes inovações para solucionar os principais problemas e limitações enfrentados pelas turbinas de eixo vertical, em especial as que operam com força de arrasto como as turbinas tipo Savonius e suas derivações. Implementando estas inovações, esperamos atingir um nível de eficiência elevado e esperada para turbinas eólicas em geral, principalmente, para as de uso em áreas urbanas que sào as mais carentes em eficiência. Portanto, para melhor entendê-las, vamos descrever as cinco principais inovações implementadas nesta patente, que serão as responsáveis pelo alcance de sua eficiência:
29. 1- A solução ou diminuição do problema estrutural do excesso de peso das pás, à medida que se aumentam as dimensões, que provoca uma diminuição na eficiência das turbinas de eixo vertical, através da colocação de barras ou cabos diagonais unindo um ponto próximo a extremidade cônica das pás a um ponto do eixo central da parte superior e/ou inferior do rotor, como uma treliça, transferindo assim o peso da extremidade da pá para o centro de rotação;
30. 2- A diminuição do atrito nas partes rolantes do mancai que resulta, consequentemente, na diminuição do ruído e aumento da eficiência da turbina, pelo uso de um mancai especial com suspensão a gás, que funciona absorvendo todo ou quase todo o peso da turbina, por causa da utilização de um gás, com propriedade de ascensão, que poderá ser o gás hélio por exemplo, colocado dentro de um compartimento da parte móvel do mancai, que portanto tenderá a suspender toda a parte móvel da turbina e, consequentemente, diminuindo ou anulando o atrito nas partes rolantes do mancai;
31. 3- A solução para o problema da baixa eficiência das turbinas de pequenas dimensões necessárias em áreas urbanas, solução esta que também melhora significativamente a eficiência de turbinas maiores, através da aplicação dos conceitos de torque ou sistema de alavancas da física clássica, que multiplica a força no eixo central da turbina, usando-se uma pá com desenho aerodinâmico e alongado propositalmente, para receber as forças do vento a uma certa distância do eixo;
32. 4- A solução para o problema da dupla posição das pás em relação às forças do vento, que produz uma força de arrasto contrária à rotação e atingem especialmente as turbinas de eixo vertical, com a diminuição ao máximo dessas forças contrárias através de um desenho aerodinâmico das pás que favorecem muito mais as forças favoráveis ao sentido de rotação da turbina;
33. 5- A solução para o problema dos danos e quebras das pás e da frequente oscilação do torque que sempre atingem as turbinas de eixo vertical, em especial as tipo Savonius e suas derivações, através do reforço da estrutura da turbina com a colocação de barras que circundam a turbina unindo todas as pás na posição do bico do cone que, ao mesmo tempo, equilibram e distribuem igualmente todas as forças horizontais agindo nas pás, e resulta no fortalecimento da estrutura e estabilização do torque.
Vantagens:
34. Diante do contexto atual, a crescente ameaça da falta de recursos incluindo-se aí os recursos energéticos não renováveis, e do aquecimento global provocado principalmente pelo aumento da emissão de gases do efeito estufa, como o gás carbônico (CO2) resultante principalmente da queima dos combustíveis fósseis não renováveis, surgiu o conceito de sustentabilidade dos meios de subsistência e consumo da humanidade. Baseado nesse conceito de sustentabilidade, visualizamos a urgente necessidade de reverter este quadro catastrófico, que vem se agravando ano a ano, antes que o aquecimento se torne irreversível ou ainda que cause sérios danos ao nosso ambiente, e traçarmos uma meta de substituição da matriz energética atual, baseada principalmente nos combustíveis fósseis não renováveis, por uma matriz energética que utilize fontes mais limpas e renováveis, como é o caso da energia eólica que, assim como outras fontes secundárias, tem sua origem no sol como fonte primária de energia.
35. Norteado por esta meta, vislumbramos a vantagem da energia eólica sobre outras fontes de energia limpa, em todos aspectos, no estágio atual de desenvolvimento que se encontram. Todas as fontes renováveis têm sua importância, mas a energia eólica se destaca pela sua simplicidade, disponibilidade e facilidade de utilização, e esta vantagem se torna evidente ao fazermos comparações com outras fontes de energia. O principal objetivo desta turbina é viabilizar o uso de turbinas eólicas em áreas urbanas devido à carência de turbinas eficientes e seguras nestas áreas. Elas poderiam também ser utilizadas em áreas rurais ou marítimas, onde as condições do vento e geográficas são mais favoráveis, bastando aumentar suas dimensões e fazer pequenos ajustes para aproveitar melhor os ventos mais fortes.
36. Para operação em áreas urbanas é necessário uma turbina que opere com eficiência em pequenas dimensões, com ventos fracos e médios vindos de qualquer direção, tenha uma estrutura barata e seja de fácil instalação, tenha uma estrutura estável, segura, resistente, confiável e produza pouco ruído. As turbinas em áreas urbanas vêm se tornando uma necessidade urgente nos últimos anos para suprir a crescente demanda por energia limpa e renovável nas grandes cidades.
37. Outro motivo para a auto suficiência em energia são os constantes apagões nas grandes áreas urbanas, seja devido à falta de energia ou seja devido a uma falha nos diversos equipamentos que fazem parte do sistema desde a geração, passando pela transmissão e distribuição até a chegada ao consumidor final.
38. Este tipo de turbina também seria muito útil para suprir as necessidades de energia em pequenas localidades que estejam distantes de usinas de produção de energia. Devido à grande distância e à relativa pequena demanda de energia dessas pequenas localidades, torna-se inviável a construção de longas e caras linhas de transmissão para levar energia a essas localidades, sendo, portanto, muito mais produtivo e barato produzir a energia necessária no seu próprio local de consumo.
39. Quando são instaladas em grandes usinas de produção de energia, fazendas ou parques eólicos por exemplo, o impacto no ambiente é o menor possível ao contrário das usinas hidrelétricas. As usinas hidrelétricas inundam imensas áreas para o reservatório de água e provocam danos irreparáveis e irreversíveis ao ambiente, antes e depois da barragem, podendo inclusive mudar o curso de rios. Já as eólicas alteram pouco ou provocam poucos danos ao ambiente. Ocupam apenas o espaço necessário para instalação das torres e o ambiente em volta não sofre nenhuma alteração. As eólicas ainda têm a vantagem de gerar energia em áreas urbanas para consumidores individuais ou próximo a áreas urbanas sem provocar muita alteração ou dano ao ambiente. O custo do KWh das eólicas poderá até ser mais barato do que o das usinas hidrelétricas, quando se usar turbinas eólicas mais eficientes que as atuais ou quando se massificar o uso desta fonte de energia no Brasil com a instalação de grandes parques eólicos.
40. Quando comparadas à energia solar produzida por painéis fotovoltaicos ou mesmo painéis refletores, as vantagens da energia solar eólica são ainda maiores. A energia eólica é muito mais barata, muito mais eficiente e tem um período de tempo em horas diárias de produção bem maior, dentre outras vantagens. Os ventos sopram dia e noite o ano inteiro, faça sol ou faça chuva, apenas sua intensidade poderá variar um pouco conforme a época do ano ou a localização geográfica, mas temos em média muito mais horas de vento por dia do que sol. A energia solar infelizmente está limitada a vários fatores naturais. O sol está limitado a 12horas diárias, somente durante o dia, podendo ainda ficar encoberto vários dias ou várias horas seguidas conforme o dia ou época do ano e dessas 12 horas apenas uma pequena parte (umas 2 horas por dia) incidirá diretamente sobre o painel com um ângulo ideal para o melhor aproveitamento dessa energia. Além disso, os painéis solares têm uma área de exposição ao sol e somente a energia solar incidindo nesta área poderá ser aproveitada.
41. Quando medido num plano perpendicular à direção da propagação dos raios solares no topo da atmosfera terrestre a energia proveniente da radiação solar é cerca de 1367 W/m2. Dessa energia cerca de 78% atinge a superfície da terra quando propagada perpendicularmente à sua superfície e em dia claro com céu limpo, ou seja, num dia sem nuvens, ensolarado e ao meio-dia. Isso corresponde a cerca de 1066 W/m2 atingindo a superfície terrestre, mas note bem, em um dia claro, ensolarado, ao meio-dia e ainda nos equinócios. Pois bem, este é o limite máximo de produção de energia para um painel solar de um metro quadrado durante, uma ou duas horas em um dia com todas as condições atmosféricas favoráveis, e esta produção só seria atingida se os painéis tivessem eficiência máxima (100%), e mesmo assim em um curto período do dia, ou seja, por volta do meio-dia, pois após esse período a energia incidente sobre a superfície terrestre cairia rapidamente devido a crescente inclinação dos raios solares. No entanto, os melhores painéis fotovoltaicos atualmente têm uma eficiência de aproximadamente 15%, ou seja, na melhor das hipóteses um painel de 1 m2 produzirá cerca de 150Wh por aproximadamente duas horas próximo ao meio-dia, fora desse período a produção cairia cada vez mais acentuadamente quanto mais distante do meio-dia, portanto, na prática isto equivale a acender uma lâmpada de 150W durante duas horas próximo ao meio dia e nos equinócios, justamente quando não precisamos acender lâmpadas. Portanto, na maioria das vezes, para suprir uma residência com painéis fotovoltaicos, talvez seja necessária uma área muito maior que o telhado de uma residência, usar muitas baterias, pois não compensa vender um possível excesso momentâneo para a concessionária, e torcer para fazer sol, sem falar que o custo de tudo isso seria inviável e que o sol não mais aqueceria sua casa pelo telhado e que abaixo de onde os painéis forem instalados haveria sempre sombra, ou seja, nada poderia ser cultivado. Provavelmente, as placas de aquecimento solar de água sejam mais eficazes e mais indicadas para uso em telhados do que os painéis fotovoltaicos. Vale ainda dizer que a disponibilidade da energia solar varia conforme a época ou estação do ano, ou seja, no verão a disponibilidade de energia solar é maior que no inverno. Já as turbinas eólicas atuais chegam a ter aproximadamente 40% de eficiência, poderá produzir energia várias horas por dia, a qualquer hora do dia, a qualquer dia do ano, dependendo apenas da velocidade do vento e uma pequena área para instalá-la.
42. Depois de atravessar toda a atmosfera, a energia solar chega à superfície terrestre. Boa parte da energia irradiada pelo sol que alcança a Terra, é transferida diretamente para a atmosfera antes de chegar à superfície, e da parcela que alcança a superfície uma parte é refletida pelos oceanos e continentes, e parte dessa energia refletida também é transferida para atmosfera, além disso o vapor de água aquecido pelo sol dos oceanos, rios e lagos também é transferido para atmosfera. Toda esta energia transferida para atmosfera poderá produzir ventos. A energia solar eólica que é captada por uma turbina eólica, também tem um limite espacial de exposição ao vento delimitado por suas dimensões, mas quanto às limitações naturais, a turbina eólica só está limitada a condições atmosféricas adversas tais como ventos muito fracos ou muito fortes, que são muito mais raros que a falta de luz solar ou da inclinação dos raios solares em relação ao painel.
43. A energia eólica utiliza princípios mais simples e eficientes e muito menos limitados para produção de energia, basta soprar o vento que é muito mais abundante durante todo o dia e noite e mais ainda a partir de poucos metros acima da superfície. Portanto, a turbina eólica pode ter uma quantidade de energia captada por metro quadrado muito maior que a dos painéis solares e por um período de tempo muito maior, além de ter a possibilidade de poder ser aumentada mecanicamente, como é o caso da turbina eólica alavancada aqui apresentada. Portanto, as vantagens da energia solar captada por turbinas eólicas através do vento, sobre a energia solar captada por painéis solares ou refletores através da luz solar não são poucas, justificando uma maior atenção e um maior direcionamento de investimentos para este tipo de captação de energia.
44. Para uma perfeita visualização e compreensão da “DISPOSIÇÃO APLICADA EM TURBINA EÓLICA COM PÁS AERODINÂMICAS”, em questão, seguem os desenhos ilustrativos, onde:
45. A fig. 1 - Apresenta uma vista em perspectiva da pá do objeto em questão;
46. A fig. 2 - Apresenta uma vista em perspectiva da pá do objeto em questão, com um corte simétrico num plano horizontal;
47. A fig. 3 - Apresenta uma vista em perspectiva do rotor do objeto em questão com quatro conexões;
48. A fig. 4 - Apresenta uma vista em perspectiva do mancai de parede reta, com dois closes apresentando um corte interno;
49. A fig. 5 - Apresenta uma vista em perspectiva das principais partes do mancai desmontado, mostrando de cima para baixo: a mesa, a parte móvel que é a parte externa do mancai e a parte fixa que é a parte interna do mancai e um close apresentando um corte interno da parte móvel do mancai;
50. A fig. 6 - Apresenta uma vista em perspectiva do mancai de parede esférica montado, com um close apresentando um corte interno;
51. A fig. 7 - Apresenta uma vista em perspectiva do objeto em questão numa configuração simples;
52. A fig. 8 - Apresenta uma vista em perspectiva do objeto em questão numa configuração com barras diagonais de sustentação superiores;
53. A fig. 9 - Apresenta uma vista em perspectiva do objeto em questão numa configuração com barras diagonais de sustentação inferiores;
54. A fig. 10 - Apresenta uma vista em perspectiva do objeto em questão numa configuração completa.
55. De acordo com a ilustração e em seus pormenores, a “DISPOSIÇÃO APLICADA EM TURBINA EÓLICA COM PÁS AERODINÂMICAS”, é constituída de uma turbina eólica de eixo vertical com força de arrastro (1), caracterizada por possuir pás aerodinâmicas cônicas, de formato tipo “conchas”(2), provida de um afunilamento inferior (3) encerrando um conector circular vasado (4) para encaixe nos conectores (6) do rotor (5) onde poderá ser alojado o gerador e todos seus acessórios partes e peças necessárias que serão fixadas a uma mesa (8) provida de um orifício central (9) e fixada concentricamente à parte fixa (10) de um mancai (7) de parede reta (7A) ou esférica (7B) que se conecta à torre de sustentação principal (12) da turbina (1), possuindo ainda barras de sustentação horizontal (13) interligando as pás (2) e barras ou cabos de sustentação diagonal superior (15) e/ou inferior (16).
56. O mancai (7) possui uma câmara de gás de suspensão (14) em sua parte móvel (17) para sustentar todo ou quase todo o peso da turbina (1) e a mantendo suspensa, eliminando ruídos e atrito, possuindo ainda rolamentos de esferas com encapsulamento individual (11) ou unidos entre si, fixados nas canaletas de uma bandeja superior (19) da parte móvel do mancai (17), que facilita o movimento rotacional quando o mancai estiver totalmente suspenso e encostando na mesa (8), que é provida de um orifício central (9) e fixada concentricamente na parte superior da parte fixa do mancai (10) que é vazada (20), possuindo ainda rolamentos dispostos em camadas verticais (21) fixados na parede externa do orifício central (22) da parte móvel do mancai (17), que facilita o movimento vertical e rotacional ao mesmo tempo, desta parte móvel do mancai (17) que se encaixa concentricamente à parte fixa do mancai (10) girando e deslizando verticalmente sobre ela. Tem também rolamentos (18) fixados nas canaletas de uma bandeja inferior (23) da parte fixa do mancai (10), que facilita a rotação quando a parte móvel do mancai (17) não estiver suspensa, mas apoiada na bandeja retro citada (23). A parte inferior (24) da parte fixa do mancal (10) é ainda conectada à torre principal de sustentação (12) que sustenta toda a turbina (1). A ideia é manter a parte móvel do mancal, que é a parte conectada à turbina, suspensa entre a bandeja inferior da parte fixa e a mesa, para a turbina flutuar e girar sem atrito e ruído.
57. Pelas vantagens que oferece e por revestir-se de características verdadeiramente inovadoras, a “DISPOSIÇÃO APLICADA EM TURBINA EÓLICA COM PÁS AERODINÂMICAS", reúne as condições necessárias para merecer a Patente de Modelo de Utilidade.

Claims (2)

1a) "DISPOSIÇÃO APLICADA EM TURBINA EÓLICA COM PÁS AERODINÂMICAS" é constituída de uma turbina eólica de eixo vertical (1), caracterizada por possuir pás aerodinâmicas cônicas, de formato tipo "conchas" alongadas(2), provida de um afunilamento inferior (3) por onde é afixada a um rotor ou nacele rotativa (5) onde poderá ser alojado o gerador, acessórios, partes e peças necessárias que serão afixadas à parte fixa de um mancal (7), que poderá ter uma câmara de gás de suspensão (14) em sua parte móvel (17) com parede cilíndrica (7A) ou esférica (7B) conectada à nacele rotativa (5); a turbina terá ainda barras curvas de sustentação horizontal (13) interligando e transpassando as pás (2) na altura do bico do cone formando um volante; a parte inferior (24) da parte fixa do mancal (10) será conectada à uma torre de fixação e sustentação (12) da turbina (1).
2a) "DISPOSIÇÃO APLICADA EM TURBINA EÓLICA COM PÁS AERODINÂMICAS", conforme reivindicação um, caracterizada por ter barras de sustentação diagonais inferiores (16) e superiores (15) fazendo a ligação entre as barras horizontais e a nacele rotativa ou parte móvel do mancal aparentando uma treliça.
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US8937399B2 (en) * 2007-12-10 2015-01-20 V Squared Wind, Inc. Efficient systems and methods for construction and operation of mobile wind power platforms
JP2014134186A (ja) * 2013-01-13 2014-07-24 Toru Suga 風力発電ユニット及び風力発電システム
US11098693B2 (en) * 2013-03-16 2021-08-24 Nicholas Aruhn Aylor Suetrong Apparatus for converting wind into circular mechanical motion

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