BRPI0409704B1 - Instalação de produção - Google Patents

Description

"INSTALAÇÃO DE PRODUÇÃO". A presente invenção refere-se a uma instalação de produção, conforme definido no preâmbulo da reivindicação 1, para utilização de energia produzida através da rebentação de ondas.

Quando o vento sopra na mesma direção durante um longo período de tempo, formam-se as ondas. Na região de águas profundas, as ondas geradas sob o efeito do vento possuem uma determinada predominância, isto é, um comprimento de onda médio (L) e uma altura, ambos dependendo da força do vento e do período em que o vento está soprando. Como uma onda sempre prossegue na direção mais rasa da água, seu comprimento encurta e a altura da onda aumenta, devido ao efeito do fundo da água sobre as ondas. Na medida em que a onda alcançar uma suficiente altura na profundidade de água específica, que depende de seu comprimento, a onda irá rebentar. Essa profundidade na qual uma onda rebenta é denominada de "linha de rebentação" na literatura. Deve ser observado que a linha de rebentação da onda não é constante, depende, de algum modo, do comprimento de onda e da altura, os quais, por sua vez, dependem das condições do vento. A linha de rebentação é normalmente entre 1/4 1/5 do comprimento de onda prevalecente (L) . A linha de rebentação da onda permanece praticamente a mesma numa localização específica da costa, pelo fato de que as condições do vento, na maioria das vezes, permanecem basicamente constantes. A figura 3 ilustra o efeito de uma onda sobre a massa de água em uma bacia marítima, tal como, o mar próximo da costa. A profundidade de ação da onda (Z) depende de seu comprimento, de modo que uma onda tendo um comprimento (L) ainda atua numa profundidade de L/2. Na área C apresentada na figura 3, isto é, em águas profundas, a órbita de cada ponto da massa de água é circular. A proporção da profundidade de água (H) para o comprimento de onda (L) das ondas é grande, isto é, a proporção H/L está na faixa de 1/2-cc. Como a onda prossegue na direção mais rasa da água, sua altura aumenta e seu comprimento diminui, de modo que a proporção da profundidade de água para o comprimento da onda diminui. Na região intermediária de água, na área B apresentada na figura 3, a profundidade de água (H) é de cerca de 1/2 a 1/20 do comprimento de onda prevalecente (L) . A massa de água apresenta um movimento circular na superfície da água, entretanto, ao prosseguir na direção o fundo da bacia marítima, a trajetória de cada ponto na massa de ar se torna, primeiro, elíptica e, prosseguindo ainda na profundidade, o formato elíptico da trajetória do ponto aumenta e, eventualmente, próximo do fundo da bacia marítima, cada ponto na massa de água apresenta uma trajetória que segue, de modo grosseiro, um movimento de um lado para o outro em torno de um determinado centro. Na água mais rasa, isto é, na área da costa (A) que é apresentada na figura 3, a proporção da profundidade de água (H) para o comprimento de onda prevalecente (L) está entre 0 a 1/20, em condições em que a dita linha de rebentação se encontra em uma profundidade de água de 1/4 a 1/5. Na água rasa, a ação da onda sempre se dirige para o fundo, enquanto a massa de água apresenta um movimento elíptico.

Diversos sistemas e usinas de energia têm sido desenvolvidos para a recuperação de energia cinétíca das ondas do mar. Normalmente, se baseiam em dispositivos que flutuam na superfície da água e que são movidos pelas ondas. A energia cinétíca dos dispositivos que flutuam na superfície da água é recuperada, de um modo ou de outro, por geradores ou bombas de torção localizadas sobre ou sob a superfície da água, de onde a energia pode ser ainda transferida para os objetos de aplicação. 0 principal problema causado pelos sistemas conhecidos para recuperação de energia produzida pela rebentação de ondas do tipo descrito acima diz respeito à sua localização; em alto mar, as estruturas sobre a superfície são constantemente expostas aos danos. Devido ao risco de danificaçâo, as usinas de energia utilizam energia cinética de onda formada, dessa forma, apresentam uma energia relativamente baixa.

Existem também sistemas conhecidos para a recuperação de energia cinética de ondas, que são fixados no fundo de uma bacia aquática, tal como, um lago ou o mar.

Um desses sistemas é representado pelo dispositivo divulgado pelo Pedido de Patente do PCT, No. 98/17911, cujo dispositivo é fixado no fundo da bacia aquática e onde a energia produzida por ondas é recuperada de uma placa, a qual é fixada no fundo da bacia de água, sendo oscilada pelas ondas. A placa alcança parcialmente a superfície da água. O dispositivo é montado na área entre a linha de rebentação da onda e a água rasa, no fundo da bacia aquática. 0 problema que ocorre com esse dispositivo é a sua posição na linha de rebentação da onda, onde o movimento da onda e, consequentemente, a disponibilidade de energia são aleatórios, pelo que o dispositivo é inadequado para a geração continua de energia. A placa se dispõe parcialmente acima do nível da superfície, de modo que o dispositivo se expõe aos danos em alto mar. O Pedido de Patente U.S. No. 4.001.597, também descreve um sistema para recuperação de energia de ondas, cuja unidade de bombeamento é fixada no fundo do mar. A unidade de bombeamento está localizada na região de água rasa e a placa de pressão alcança a superfície ou permanece ligeiramente abaixo da mesma. Esse sistema também envolve o problema do posicionamento da placa de pressão; embora, a placa possa se dispor sob a superfície da água em condições de calmaria, ela estará pelo menos parcialmente sobre a superfície no alto mar e o sistema, consequentemente, estará exposto a danos. A posição do sistema também causa um segundo problema: o movimento das ondas na região de água rasa é bastante irregular para que se obtenha uma geração constante de energia. A presente invenção é idealizada para eliminar as desvantagens apontadas pelo estado da técnica.

Assim, o primeiro principal objetivo da invenção é de proporcionar uma instalação de produção para recuperação de energia cínética incorporada nas ondas, com alta eficiência e da forma mais regular possível, desconsiderando-se as condições do vento. Isso significa que o dispositivo é construído de um modo tal, que o mesmo auxilia na minimização otimizada das variações de energia de ondas, causadas pelas condições prevalecentes do tempo aciraa da superfície da água. O segundo principal objetivo da invenção é de proporcionar uma instalação de produção para recuperação de energia cinética de ondas, que seja minimamente exposta a danos causados pelas condições do tempo. 0 terceiro principal objetivo da invenção é de construir uma instalação de produção para recuperação de energia cinética de ondas, apresentando uma estrutura que permita a expansão mediante adição de unidades individuais à mesma e que a manutenção da instalação seja feita de forma simples, através da substituição dessas unidades individuais. A invenção se baseia na surpreendente observação de que sob a superfície da água, próximo ao fundo, na região de profundidade intermediária da água, as ondas apresentam energia praticamente igual e, em alguns casos, até uma maior energia que as ondas da superfície da água.

Essa energia ocorre principalmente na forma de energia cinética. A invenção utiliza essa energia cinética.

Conforme mostrado na figura 3, um determinado ponto na massa de água na região de água rasa apresenta um movimento elíptico ou circular, em outras palavras, apresenta as formas de energia potencial e cinética. Muitas das atuais usinas de energia produzida a partir de ondas são aconselhadas a operar na área mencionada acima, entre a linha de rebentação da onda e a região de água rasa (Ά) , pelo fato de que as ondas apresentam a máxima energia potencial nessa área devido a sua altura e a maioria dos sistemas tem como objetivo, de qualquer maneira, o uso dessa energia potencial.

No entanto, a utilização de energia produzida a partir de ondas na região de água rasa é notoriamente difícil, especialmente ao se considerar que as estruturas na região de água rasa se encontram necessariamente muito próximas da superfície, onde as mesmas são facilmente expostas às condições tempestuosas de tempo. Além disso, o movimento da massa de água na região de água rasa é mais ou menos rotativo (elíptico) , conforme mostrado na figura 3, sempre existindo, de certo modo, o cruzamento de ondas, o que torna a geração de energia irregular.

Ao contrário disso, a invenção é baseada na característica do movimento da massa de água ser adaptado para atuar as unidades da instalação de produção ou suas partes fixadas no fundo da bacia aquática, na área (B), isto é, na região intermediária de água que é mostrada na figura 3. A instalação de produção é totalmente submersa, preferencialmente, numa tal profundidade, que o movimento da massa de água é príncípalmente alternativo ou apresenta um formato regularmente elíptico. A invenção refere-se a uma instalação de produção conforme definido na reivindicação 1, para utilização de energia produzida a partir de ondas, em cuja disposição existem duas ou mais unidades de produção e a massa de água da bacia aquática á adaptada para atuar uma parte de uma unidade de produção fixada no fundo da bacia aquática ou próximo a mesma e as unidades de produção objetivam a transformação da energia cinética da massa de água em alguma outra forma de energia, tal como, eletricidade e/ou energia cinética e/ou pressão da matéria intermediária. As unidades de produção são fixadas direta ou indiretamente no fundo da bacia aquática, na região de água intermediária (B), pelo que as unidades de produção são totalmente submersas abaixo da superfície de água e o equipamento de transferência de energia ou da matéria intermediária são conectados numa disposição em paralelo ou em série, relativamente entre si.

Esse tipo de instalação de produção consegue atingir um número de principais vantagens: - na região de água intermediária, o movimento de um determinado ponto na massa de água é substancialmente alternativo próximo do fundo da água, pelo que a massa de água apresenta principalmente energia cinética. Assim, a energia da massa de água permanece constante, a menos que em usinas de energia de ondas conhecidas, que se localizam em região de água rasa. A massa de água apresenta um movimento regular em relação a um determinado centro, permitindo uma instalação de produção ser fixada no fundo da bacia aquática, dessa forma, gerando energia de modo mais regular do que no caso de um dispositivo localizado parcialmente ou inteiramente acima da superfície da água; - a instalação de produção de acordo com a invenção, usada para geração de energia na região de profundidade intermediária de água não é facilmente danificada, pelo fato de não ser exposta às condições de tempo que prevalecem na superfície da água, nem ao movimento rotativo da massa de água, como são os sistemas de geração de energia em região de água rasa descritos acima; - numa profundidade considerada como intermediária, a massa de água atuada pelas ondas no fundo da bacia aquática, frequentemente, apresenta uma energia cinética quase igual e, algumas vezes, ainda uma maior energia cinética que a da massa de água atuada pelas ondas na região de água rasa.

Isso se deve ao fato de que existem sempre alguns cruzamentos de ondas na região das ondas de água rasa, causados por obstáculos no fundo da água. Nessa situação, uma instalação de produção localizada inteiramente sob a superfície de água, no fundo de uma bacia aquática em profundidade intermediária, recupera quase a mesma quantidade de energia das ondas que uma usina de energia de ondas operando em região de água rasa, parcialmente acima da superfície de água. Por tais razões, uma usina de energia de ondas operando sob a água pode ser construída em tamanho maior e com maior eficiência do que uma usina de energia de ondas operando acima da água.

Numa aplicação preferível da invenção, as unidades da usina de energia de ondas são fixadas no fundo da bacia aquática, de modo a que sejam totalmente submersas, numa profundidade em que o movimento da massa de água seja substancíalmente alternativo ou elíptico. Ainda mais preferencialmente, as unidades são localizadas em uma profundidade onde o movimento da massa de água é substancialmente alternativo e a energia da massa de água permanece substancialmente constante. Os benefícios dessa disposição da usina de energia foram destacados anteriormente na presente descrição.

Em outra aplicação preferida da invenção, todo o equipamento de transferência (tubulação ou fiação) de energia ou da matéria intermediária usado na usina de energia foi permanentemente fixado à base e a base apresenta um rápido dispositivo de travamento para as unidades de produção que serão conectados à mesma. Isso inclui o beneficio de que a usina de energia de ondas pode ser facilmente expandida e, além disso, as unidades danificadas podem ser facilmente substituídas.

No presente contexto, explica-se que a definição de "unidade de produção fixada no fundo de uma bacia aquática" significa tanto um método direto de fixação da unidade no fundo da bacia, com a ajuda, por exemplo, de suportes de fixação, como um método indireto de fixação da unidade no fundo da bacia, com a ajuda, por exemplo, de uma base separada, que, por sua vez, é fixada no fundo da bacia aquática. Uma bacia aquática é um lago, o mar ou similar.

Com a ajuda da usina de energia de ondas de acordo com a invenção, é possível transformar a energia cinética da massa de água diretamente em eletricidade ou a usina pode ser utilizada para a transferência da matéria intermediária, tal como, água corrente ou água do mar, para uma aplicação situada na superfície. A seguir, a invenção será descrita em maiores detalhes, fazendo-se referências aos desenhos anexos. A figura IA mostra uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma instalação de produção de acordo com a invenção, que utiliza a placa de contato de ondas com uma bomba de torção (ou bomba de pistão) fixada com dois tubos tipo câmara, para a transformação de energia. A figura 1B representa uma seção transversal da bomba de torção mostrada na figura IA. A figura 1C mostra uma vista em perspectiva de outra aplicação de uma unidade de instalação de produção de acordo coza a invenção, que utiliza a placa de contato de ondas com uma bomba de torção fixada com um tubo câmara, para a transformação de energia. A figura 1D mostra uma seção vertical da bomba de torção apresentada na figura 1C, a partir do ponto de entrada de liquido proveniente da direção 1D. A figura 1E mostra uma seção transversal da bomba de torção apresentada na figura 1C, a partir do ponto de suporte proveniente da direção 1E.

As figuras 2A e 2B apresentam algumas outras disposições alternativas de unidades de instalação de produção de acordo com a invenção; estas são também mostradas em vista lateral. Δ figura 2A representa um rotor de eixo vertical instalado no fundo do mar. A figura 2B mostra de forma correspondente um modelo de rotor de eixo horizontal. A figura 3 ilustra o efeito das ondas em uma bacia aquática. A figura 4 representa uma usina de energia que é adequada para recuperação de energia produzida a partir de ondas.

As partes principais da unidade (4) na figura IA incluem a assim chamada placa de contato de ondas (2), fixada de modo articulado a uma base (5), situada no fundo e a assim chamada bomba de torção (6), conectada à parte do fundo da placa. A bomba de torção (6) apresenta dois tubos, isto é, apresenta dois tubos tipo câmara (61) similares, cuja ação se fundamenta em um eixo de enrolamento (64) que passa através dos tubos tipo câmara, enquanto a estrutura (61a) do tubo câmara (61) permanece imóvel. A figura 1B mostra uma seção transversal da bomba de torção (6) apresentada na figura IA, tornando mais claro o princípio de operação e a estrutura da bomba.

Na figura 2Ά, é mostrada uma instalação de produção que se constitui de um rotor de eixo vertical (3, 3'), instalado numa posição vertical no fundo do mar, com um eixo central (eixo de rotação) (22c) apresentando diversas hélices (2) salientes de rotor. Cada hélice de rotor (2) apresenta um braço (22) que apresenta uma lâmina de enrolamento de duas partes (22b) na extremidade mais externa, conforme observado a partir do eixo vertical. A figura 2B, de modo correspondente, mostra uma instalação de produção que se constitui de um rotor de eixo horizontal (3, 3''), instalado no fundo do mar. 0 eixo de rotação horizontal é fixado com suas flanges de extremidade, com uma junta articulada na base (5) instalada no fundo do mar.

Em volta do eixo de rotação horizontal do rotor, existem hélices de enrolamento em espiral (2), que são fixadas às flanges de extremidade (21) .

Na figura 4 é mostrada uma solução principal de um dispositivo (1) para a produção de energia, líquido ou gás, compreendendo diversas unidades de produção. As unidades (4) são totalmente imersas abaixo da superfície da água na região de água intermediária e são todas fixadas à base comum (50) . As unidades (4) foram conectadas em uma disposição paralela ou em série, relativamente entre si.

As unidades e instalações de produção de energia e/ou matéria intermediária ilustradas nas figuras 1A-1E e 2A-2B, assim como, na figura 4, serão descritas am maiores detalhes, a seguir. A disposição das unidades de produção no fundo da água é ilustrada na figura 3, a qual é referida acima na parte de descrição geral da invenção, explicando o nível de tecnologia e as diferenças com relação à presente invenção. A unidade de produção (4) mostrada na figura IA, que é usada para converter energia de ondas em energia cinética ou em pressurizaçâo de água, que posteriormente é transferida através da tubulação principal ou tubulação de transferência, apresenta um alojamento ou base tipo caixa (5), fixado na profundidade de água intermediária ao fundo (P) da bacia aquática. O fundo (P) da bacia aquática se encontra a uma distância (H) da superfície de água. Nas condições de vento que prevalecem na área da costa, as ondas apresentam um comprimento (L) e a proporção da profundidade de água (H) para o comprimento de onda prevalecente se situa na faixa de 1/2 a 1/20, isto é, na área (B) (profundidade de água intermediária) , mostrada na figura 3. As peças geradoras de energia da unidade de produção (4), isto é, a placa de contato de ondas (2) e a bomba de torção (6) conectada à mesma, são inteiramente montadas sob a superfície, numa profundidade (h) , onde o movimento da massa de água gerado pelas ondas é ainda principalmente alternativo. A profundidade de ação das ondas é de cerca da metade de seu comprimento de onda (L) .

Um corpo tipo placa (2), chamado de placa de contato de ondas, é fixado ao eixo de articulação (64) da bomba de torção, de tal modo que quando a placa de contato de ondas gira em torno do plano vertical (T), também o eixo (64) gira em torno do mesmo plano vertical (T) , exatamente do mesmo modo. 0 eixo (64) é fixado com uma junta articulada no anel de fixação (68), o qual é integralmente montado na base (5) . 0 corpo tipo placa apresenta uma extensão de aproximadamente 1/3 do comprimento de onda (L) prevalecente. A bomba de torção (6), que se encontra situada na parte do fundo do corpo, se apóia sobre a base tipo caixa (alojamento) (5) por meio de placas retas traseiras de cada estrutura (61a) do tubo câmara (61), as quais são, ao contrário, cilíndricas, excepcionalmente aplainadas na extremidade inferior. A placa traseira é geralmente integrada com a dita base. A placa de contato de ondas (2) é côncava na direção interior. Entre as orelhas (2b) e a placa de topo (2a) da placa de contato de ondas (2), que se dispõe horizontalmente, são formadas bolsas que formam um obstáculo de fluxo para a massa de água, pelo que a massa de água movimenta a placa de contato de ondas (2) de modo mais efetivo. A figura 1B ilustra com maiores detalhes a estrutura da bomba de torção (6), apresentada na figura IA.

Conforme já indicado anteriormente, a estrutura (parede externa) (61a) de cada tubo câmara (61) da bomba de torção foi montada fixamente na base tipo caixa (5) . A placa de contato de ondas (2) é fixada a um eixo (64), que gira nos anéis de fixação (68) (ilustrado na figura 1) montados na base tipo caixa (5). Uma placa de chicana tipo placa (65) é integralmente conectada com o eixo (64) e esta placa se dispõe interiormente ao tubo câmara (81) da bomba de torção, em que a extensão total da câmara (63) é designada pela estrutura (61a) e a base tipo caixa (5) é basicamente tão longa quanto a estrutura (61a) da bomba. 0 plano que se dispõe através da placa de chicana é normaImente paralelo à placa de contato de ondas. A placa de chicana (65) divide a câmara (63) da bomba de torção, definida pela estrutura (61a), a qual é integrada com a base, e a base (5), em duas partes geralmente igualmente grandes, isto é, numa primeira parte de câmara (63') e numa segunda parte de câmara (63''). A placa de chicana é dotada de uma junta deslizante (65a), que se dispõe por toda a extensão, assim como, nas extremidades, prevenindo, dessa forma, o liquido (ou pressão) de se mover da primeira parte de câmara para a segunda parte de câmara, entre a estrutura (61a) e a placa de chicana (65). Existe uma junta (66) entre o eixo (64) e o alojamento tipo caixa (5), fixada à base ou ao fundo, que auxilia na prevenção da matéria intermediária e pressão interior nas partes da câmara (63') e (63'') de interfluírem entre si, na medida em que o eixo (64) e a placa de chicana (65) fixada ao mesmo giram com a placa de contato de ondas (2) . Na tubulação de transferência de liquido (62, 62', 62'') de ambos os tubos tipo câmara (61) da bomba de torção (6), ambas as partes de câmara apresentam uma junta de tubulação de escoamento de saída (62c), uma separada tubulação de chegada (62a, 62a', 62a'') e um conjunto de válvulas (62b, 62b', 62b'') que regula a transferência do líquido. A tubulação de chegada (62a, 62a', 62a'') apresenta entradas gradeadas (62a3, 62a3', 62a3''), localizadas no lado da base tipo caixa (5). As entradas (62a3) de um lado da bomba de torção podem ser vistas na figura IA. Adicionais partes da tubulação de chegada de líquido (62a, 62a') e (62a, 62a'') das partes de câmara (63', 63'') são as antecâmaras (62a2, 62a2') e (62a2, 62a2'') situadas interiormente na estrutura de caixa da base (5) e as aberturas de câmara (62al, 62al', 52al' ') que levam às câmaras (63, 63', 63'') que são dotadas de válvulas de chegada (62b, 62bl', 62bl''), que regulam o fluxo do líquido de chegada (ou gás) . A câmara de escoamento de saída de líquido (62c, 62c2) se dispõe interiormente à estrutura da base (5), sendo comum para ambos os tubos tipo câmara (61, 61', 61' ') . A câmara de escoamento de saída (62c2) continua como a tubulação de escoamento de saída (62c3), que pode também ser vista na figura IA. Existem válvulas de escoamento de saída (62b, 62b2') e (62, 62b''), entre a câmara de escoamento de saída (62c2) e as partes de câmara (63') e (63''), que regulam o fluxo existente de líquido (gás) das correspondentes partes de câmara através das saídas de partes de câmara (62cl, 62cl'} e (62cl, 62cl'').

Agora, será examinado o movimento do corpo tipo placa (2) da unidade de produção ilustrada nas figuras IA e 1Β, atuada pelo movimento de massa de água. Conforme mencionado anteriormente, o movimento da massa de água na profundidade (H-h), onde a unidade de produção foi instalada, é príncipalmente alternativo. Assim, os pontos na massa de água circulam em volta de um dado centro. Na medida em que a placa gira, devido ao movimento alternativo da massa de água, em torno de sua junta articulada, isto é, o eixo (64), todos os pontos na placa (2) então, irão girar, sob o movimento alternativo da massa de água, através de um dado ângulo (a) , em torno do plano vertical (T) , ao longo da trajetória curva indicada pela seta de dupla extremidade de cabeça cheia. A placa (2) é fixada de modo grosseiro no seu centro ao eixo (64) da bomba de torção de duas câmaras, que é encaixada com um mancai de rotação, pelo que a junta articulada da placa é a mesma que a junta articulada do eixo. Na medida em que os pontos sobre a placa de contato de ondas (2) giram sob o movimento alternativo da massa de água em torno da junta articulada ao longo de um certo ângulo (a), da esquerda para a direita em torno do plano vertical (T) e de volta para a esquerda, o eixo (64) da bomba de torção, por sua vez, se move exatamente no mesmo passo da câmara (63) localizada no interior da estrutura fixa (61a) . A placa de chicana (65) fixada ao eixo gira em compasso com o eixo (64), ao longo de um certo ângulo (a) , em torno do plano vertical (T) . Na medida em que a placa de chicana gira com o eixo, a capacidade volumétrica das câmaras (63') e (63'') se modifica, em que uma pressão positiva é formada numa câmara e pressão negativa é formada na outra. Liquido (por exemplo, água) ou gás sao transferidos através da válvula de saída (62b2') ou (62b'') da câmara pressurizada, através da abertura de saída (62cl') ou (62cl' ') , para a câmara de saída (62c2) e, posteriormente, para a tubulação de saída (62c3) . Ao mesmo tempo, líquido ou gás (água) está circulando dentro da câmara sub-pressurizada, através das aberturas de admissão (62a3') ou (62a3''), via válvulas de admissão (62bl') ou (62b'') da tubulação de entrada (62a') ou (62a'') .

As figuras 1C a 1E ilustram uma unidade de produção (4) que é particularmente adequada para a geração de líquido ou gás. A unidade de produção (4) apresenta uma bomba de torção dotada de um tubo câmara (61), que é fixada a uma similar placa de contato de ondas (2), conforme a bomba de torção mostrada na figura IA. As mudanças de capacidade volumétrica e pressão no interior do tubo câmara (61) são, entretanto, na presente modalidade, baseadas no movimento rotativo da estrutura do tubo câmara (61a), que, diferentemente, ê cilíndrico, mas apresenta uma parte de topo plana, junto com a placa de contato de ondas (2) , enquanto o eixo (64) permanece imóvel. O tubo câmara (61) da bomba de torção (6) é conectado diretamente pela sua estrutura (61a) com a parte inferior da placa de contato de ondas (2), em conformidade com a figura 1C. Através do tubo câmara se dispõe o eixo (64), que, por sua vez, apresenta uma tubulação de saída (62c3) se dispondo através do mesmo. O eixo (64) é instalado de modo fixo nos anéis de fixação que são montados na base (5) , de tal modo que o eixo (64) possa girar. As aberturas de admissão (62a3) de líquido são agora colocadas na placa traseira reta da estrutura de placa de câmara (61a), que se apresenta com uma forma de semicírculo, quando visto em seção transversal. A estrutura (61a) é fixada com a placa traseira dentro da extremidade inferior da placa de contato de ondas (2) .

Na seção transversal da figura 1D da bomba de torção (6) tomada a partir da abertura de admissão (62a3), a organização interior da bomba de torção é melhor visível. A câmara (63) é novamente colocada no interior da estrutura (61a) do tubo câmara (63), no espaço confinado pelas paredes internas da estrutura (61a) do tubo câmara. A placa de chicana (65) divide a câmara (63), situada entre a estrutura (61a) da bomba de torção e a base (5), em dois compartimentos geralmente considerados de forma grosseira como grandes, isto é, na primeira parte de câmara (63') e segunda parte de câmara (63'') . A placa de chicana (65) nessa primeira modalidade, é formada por uma caixa de válvula fixada à parede interna da estrutura (61a), que faz com que a placa de chicana (65) gire em torno do eixo (64), na medida em que a estrutura (61a) gira em torno do eixo (64) . 0 plano, que é paralelo à placa de chicana, é geralmente paralelo a um plano paralelo à placa de contato de ondas (2). Existe outra vez uma junta deslizante (65a) entre a placa de chicana (65) e a parte curva da estrutura (61a), cuja estrutura e funcionamento são similares aos da bomba de torção de duas partes mostrada nas figuras 1A-1B. A tubulação de transferência de líquido (62c) de ambas as partes de câmara (63', 63'') da bomba de torção (6), outra vez apresentam uma junta de tubulação de saída de escoamento(62c), tubulação de chegada (62a, 62a', 62a'') de ambas as partes de câmara (63') e (63'') e o conjunto de válvulas (62b, 62b', 62b'') que regulam a transferência de líquido. A tubulação de chegada apresenta aberturas de admissão (62a3', 62a3) que se dirigem ã partes correspondentes (63') e (63'') da câmara (63). As aberturas de admissão são dotadas de válvulas de admissão (62b, 62bl') e (62b, 62bl''), que regulam o fluxo de líquido (ou gás) dentro das partes de câmara (63') e (63''). Na figura 1C, são vistas as aberturas de admissão (62a3) da outra parte (63'') da câmara (63), da bomba de torção. 0 liquido é transferido para a câmara de saída (62c, 62c2) que se dispõe no interior da placa de chicana (65) fixada ao eixo (64) e posteriormente para a tubulação de saída (62c3), através da ação de válvulas de saída (62b2') e (62b'') situadas na boca das aberturas (62cl') e (62cl'') na placa de chicana. As válvulas regulam o fluxo de líquido (ou gás) que deixa as partes de câmara. A figura 1E ilustra como o eixo (64) e a tubulação de saída (62c3) que se dispõe no seu interior, são fíxamente montados na base (5) com uma orelha (68) . A estrutura (61a) do tubo câmara (61) da bomba de torção (6) gira em torno do eixo (64), ao mesmo tempo em que gira a placa de contato de ondas que está fixada à estrutura.

Na medida em que a placa de contato de ondas (2) gira de um certo ângulo (a) em torno do plano vertical (T) que se dispõe no eixo (2), a parede do tubo câmara (61) que está fixado à placa de contato de ondas, igualmente gira em torno do dito plano vertical. A capacidade volumétrica das partes de câmara (63') e (63'") se modifica, pelo que se forma uma pressão negativa em uma câmara e uma pressão positiva na outra. Liquido (ou gás) circula da parte de câmara pressurizada, através da válvula de saída (62b2') ou (62b''), para a câmara de saída (62c2) que está situada no interior da placa de chicana e, posteriormente, para a tubulação de saída (62c3) . Ao mesmo tempo, na outra parte de câmara, se forma pressão negativa devido ao aumento da capacidade volumétrica, pelo que circula água através da abertura de admissão (62a3'} ou (62a3'') mediante ação das válvulas de admissão (62bl') ou (62bl''). A água proveniente da tubulação de saída (62c3) da instalação de produção (4) nas figuras 1A-1E pode ser transferida para adequadas aplicações. Preferencialmente, a água pode ser transferida para um maior sistema de transferência ou sistema de tubulação principal, que coleta a água de diversas unidades de produção e depois transfere a água das tubulações principais para o ponto de aplicação. A combinação de diversas unidades de produção é posteriormente descrita com a ajuda da figura 4. A água pode ser transferida das tubulações de saída ou tubulações de transferência ou principais para diferentes tipos de reservatórios, de onde pode ser posteriormente transferida para ser usada como água de irrigação, água de bebida ou de lavagem ou, por exemplo, para uso como água de piscinas. A água pode também ser usada com a finalidade de induzir correntes em outra bacia aquática fechada ou em uma parte de uma bacia aquática aberta, por exemplo, no cultivo de animais aquáticos (por exemplo, mexilhões comuns, truta arco-íris, etc.)? ou de plantas aquáticas (por exemplo, arroz), na manutenção de abertura de portos, em que uma corrente de água é induzida no fundo da bacia aquática para manter os caminhos de navegação abertos ou para limpar os mesmos. Outros pontos similares de aplicação são as cascatas de água de reservatórios, o bombeamento de águas residuãrias ou de esgoto ou a reciclagem de água costeira poluída para limpeza. Se a água bombeada for primeiro levada para um acumulador de pressão onde normalmente é gerada pressão de água, a água pode ser transferida pressurizada para aplicações apropriadas, tais como, aplicações de torrentes ornamentais de água (chafariz, correntes e cascatas artificiais) e pode também ser usada em sistemas de combate a incêndio.

Se ao invés da água for levado o ar da superfície para a bomba de torção (6), usada na unidade de produção em conformidade com as figuras IA ou 1C por meio de tubos de admissão (62a3), pode ser obtido gás pressurizado ou gás comprimido da dita bomba. A fim de produzir ar pressurizado ou outro gás pressurizado, o gás é levado para as câmaras (63, 63') e (63, 63'') por meio dos tubos de admissão, sendo o gás depois pressurizado nas ditas câmaras devido ao movimento da placa de chicana, depois levado através das tubulações de saída (62c3) para o acumulador, que nivela as flutuações de pressão do gás e finalmente levado para o ponto de aplicação. Preferencialmente, o gás é levado para o acumulador proveniente de diversas unidades de produção acopladas em série ou em paralelo, por exemplo, proveniente do tipo de unidades de produção que são indicadas na instalação de produção mostrada na figura 4. 0 ponto de aplicação do gás pode ser, por exemplo, tanques de criação de peixes/vegetais, cursos d'água, cujo nível de oxigênio está sendo melhorado através de aeração e ar comprimido, geralmente usados na indústria. 0 ar comprimido pode também ser usado na impregnação pressurizada de madeira ou outros materiais, por exemplo, pode ser usado no desenvolvimento de pressão de reforço em máquinas e usinas de energia. Um importante uso de ar pressurizado é no condicionamento e/ou ventilação de ar de apartamentos, por exemplo, por meio de unidades separadas de condicionamento de ar. Se a circulação de água for conectada a essa unidade, a mesma pode ser usada também para resfriamento e/ou aquecimento de processos ou de apartamentos. 0 sistema pode também ser usado para a separação de gases entre si ou para a produção de hidrogênio. 0 sistema também se aplica na separação de sal ou outras substâncias de água pura ou salina.

Nas figuras 2A e 2B são mostradas algumas unidades de produção, designadas principalmente para a produção de energia, que podem ser usada para a recuperação de energia produzida a partir de ondas, ao invés da chamada placa de contato de ondas usada na figura IA.

Na figura 2A, o eixo (22c) do rotor (3, 3') da unidade de produção (4) é um ponto de apoio para girar na base (5), que, por sua vez, é fixada ao fundo (P) . As hélices do rotor (2) são fixadas ao eixo horizontal. Cada hélice de rotor (21—25) apresenta um braço (22), que possui uma lâmina de duas partes (22b) se enrolando em torno do braço (22) na sua extremidade mais externa, conforme visto a partir do eixo vertical (22c). As partes de cada lâmina de duas partes são articuladas no mesmo lado do braço (22) da hélice (2). As hélices (2) do rotor (3, 3') giram com a corrente do fluxo de água, Independentemente da direção da corrente; a pressão negativa que se forma no lado do fluxo da lâmina de duas partes (22) faz com que o rotor gire.

Esta aplicação do rotor é bem adequada em águas relativamente rasas.

Na figura 2B, por sua vez, é apresentado o rotor (3, 3'') de uma unidade de produção de eixo horizontal (4) que é instalada no fundo do mar. Existem diversas hélices de embobinamento (2) que se dispõem em espiral em torno do eixo rotativo instalado horizontalmente, cujas hélices de embobinamento (2') e (2'') são mostradas na figura. 0 eixo rotativo e as hélices de embobinamento (2) são fixadas a flanges terminais (21, 21') e (21, 21'') a partir de suas extremidades, cujas flanges terminais, por sua vez, são fixadas de modo rotativo à base (5) . Como alternativa para esse modelo de rotor, o eixo de rotor pode ser montado na posição vertical.

As unidades de produção caracterizadas nas figuras 2A e 2B são geralmente usadas para produção de energia; a energia do movimento rotativo do rotor é ainda convertida por um gerador conectado ao rotor ou o movimento é mecanicamente transportado para um gerador na superfície.

Preferencialmente, os rotores são conectados com a fiação, de modo que existem diversas disposições em paralelo ou em série e os mesmos são usados para produção de energia, por exemplo, da maneira apresentada na figura 4.

Na figura 4 é ilustrada uma instalação de produção (1) de água ou gás, situada totalmente sob a superfície da água da bacia aquática, no fundo (P) da bacia aquática, na região de água intermediária (comparar com a figura 3) . As unidades de produção de energia e/ou de líquido ou gás na instalação de produção (1) são colocadas na profundidade (H-h) . O movimento da massa de água se realiza na profundidade (H-h), onde as unidades de instalação de produção foram instaladas, principalmente de modo alternativo e, dessa forma, os pontos na massa de água circulam em torno de um dado centro. A instalação de produção (1) da figura 4 consiste de diversas unidades de produção que se conectam numa disposição em paralelo ou em série. Uma instalação de produção típica compreende diversas unidades de produção conectadas numa disposição em paralelo ou em série relativamente entre si, de modo que a disposição pode ser modificada de acordo com as possibilidades que são oferecidas pelas circunstâncias prevalecentes.

As unidades de produção (4) de uma instalação de produção (1) apresentadas na figura 4 transformam a energia das ondas em energia cinética e pressão de líquido (água) em uma instalação de produção que utiliza energia produzidas pelas ondas. As unidades de produção (4) são, por exemplo, similares às unidades de produção mostradas nas figuras IA ou 1C, de modo que apresentam uma placa de contato de ondas (2), a qual, devido ao movimento da massa de água, gira em torno de uma junta esférica em um movimento alternativo e a energia cinética da placa de contato de ondas é transformada em energia cinética e pressão de líquido por meio de uma bomba de torção (ou bomba de pistão). 0 líquido é transmitido da unidade de produção, primeiro, para uma tubulação de saida (2c) em cada unidade de produção e da tubulação de saida diretamente para uma tubulação geral principal (200) (disposição em paralelo), de onde o líquido é transportado para o ponto de aplicação ou, primeiro, para a linha de transferência (20) de líquido, onde a tubulação de saída de diversas unidades de produção são conectadas, e a partir da linha de transferência para uma tubulação geral principal (200) (disposição em série) que é de maior diâmetro. O diâmetro da linha de transferência de líquido (20) é grosseiramente o mesmo que o diâmetro da tubulação de saída (2c) da unidade de produção, pelo que pode ser usado para aumentar o nível de pressão no liquido. Ao invés da bomba de torção, também outros tipos de bombas podem ser usadas para converter a energia cinética do movimento alternativo da massa de água em energia cinética e pressão de líquido. O liquido pressurizado é transferido da tubulação de saída (2c) de cada unidade de produção, em uma disposição paralela, diretamente para uma tubulação geral principal (200) , de onde irá circular para o ponto de aplicação. 0 ponto de aplicação pode ser também um gerador produtor de energia elétrica. Na medida em que as unidades de produção se encontram na disposição em paralelo e o líquido é bombeado, a quantidade de liquido bombeada aumenta, enquanto a pressão permanece constante. A disposição em paralelo é adequada quando o nível de pressão do líquido de escoamento na tubulação principal (200) não pode ser aumentado devido a certos fatores, equipamentos ou materiais e a alta pressão não se faz necessário. Quando as unidades de produção se encontram na disposição em série, as tubulações de saída de duas ou mais unidades de produção são inicialmente conectadas em série, de modo a formar a mesma linha de transferência de líquido (20) e, a partir desta, o líquido é transferido para a tubulação principal (200) . A disposição em série oferece a possibilidade de aumentar o nível de pressão na tubulação principal quando o líquido é bombeado. Na disposição em série, o nível de pressão de líquido/gás aumenta, enquanto a quantidade de liquido bombeado é constante. Devido ao alto nível de pressão, a dissipação em conexão com a quantidade de fluxo é diminuída. Uma pressão mais alta é normalmente mais fácil de se usar. O líquido ou gás bombeado da instalação de produção é levado através ta tubulação (ou tubulações) principal para uma construção de turbina, onde o líquido ou gás gira o gerador com a ajuda da turbina. 0 liquido ou gás podem também acionar outras máquinas de processo ou a potência ou pressão produzidas pelo líquido ou gás podem ser utilizados de algum outro modo. A instalação de produção (1) pode ser colocada sobre uma ou diversas bases (50), construídas de aço à prova de ácido, compreendendo uma grade, onde cada quadrado de grade apresenta um dispositivo de travamento instantâneo já pronto e uma tubulação (fiação) para cada unidade de produção. Na figura 4, a tubulação da instalação de produção é integrada com a base na forma de grade (50), que é dotada da tubulação principal de líquido (200) e linhas de transferência de líquido (20), junto com tubulações de saída (2c) provenientes de unidades individuais de produção que se juntam à tubulação principal. A construção básica da base (50) da instalação de produção pode ser de concreto ou de algum outro material de construção que suporte as condições da área aquática era questão. Uma instalação de produção pode também apresentar diversas bases separadas. A fundação de uma base para uma unidade de produção no fundo de uma área aquática é feita da seguinte maneira. Primeiro, deve-se procurar o local mais adequado para o equipamento de produção no fundo da bacia aquática, na região de água intermediária. O trabalho de fundação da base precisa ser feito para a base de acordo com o perfil da região do fundo e com o material a ser usado. A alternativa mais fácil é construir uma instalação de produção sobre uma base de rocha regular, que apresenta um adequado ângulo de declividade. Se a base for de areia ou de algum outro material mole e apresentar uma forma acentuadamente alternativa, a mesma pode precisar de adicionais exigências de construção para sua fixação na instalação de produção. A instalação de produção compreende diversas unidades para a recuperação de energia produzida a partir de ondas (unidades de produção), as quais são fixadas à(s) base/bases (50} da instalação de produção. As unidades de produção são, preferencialmente, removíveis separadamente da(s) base/bases para manutenção e reparo.

As bases da instalação de produção são fixadas a uma base de rocha mediante fixação por ancoragem da base a um leito de rocha. No caso de se ter um material da região do fundo mole, as estacas são direcionadas para a região do fundo da base. Na região do fundo da bacia aquática, que compreende diversos diferentes tipos de material pulverizado, um adequado trabalho de construção tem de ser feito para fixação das bases.

Na descrição acima foram apresentadas apenas algumas aplicações de instalações de produção correspondentes à invenção e para um leitor informado tecnicamente é perceptível que a invenção pode ser implementada de diversas diferentes maneiras, seguindo a idéia principal da invenção apresentada na reivindicação.

Assim, a unidade de produção pode ser fixada da maneira descrita acima, indiretamente na região do fundo, por meio de uma base ou fundação similar, a qual, por sua vez, é fixada no fundo por meio de uma adequada ancoragem (comparar, por exemplo, com a figura 4) ou pode ser fixada diretamente no fundo da bacia aquática com orelhas de fixação ou dispositivos similares. A bomba de torção pode ser também substituída, por exemplo, por uma bomba de pistão comum usada em operações hidráulicas, onde o movimento alternativo da massa de água é transferido através da ação de um pistão para a matéria intermediária no interior do cilindro da bomba de pistão.

Um gerador pode também ser conectado diretamente a uma ou diversas unidades de produção, em que a energia elétrica pode ser transferida do campo de produção através de fios elétricos.

Ao se utilizar liquido ou gás para girar uma turbina, um tipo preferido de eletricidade pode ser produzido para uso direto ou para liberação para uma rede. A instalação de produção pode também ser usada diretamente para a geração de eletricidade de corrente contínua ou corrente alternada. A utilização de eletricidade ou posterior liberação para uma rede elétrica exige alguma atividade de processamento. Devido à ação cíclica de uma unidade de energia produzida por ondas, a eletricidade gerada é mais ou menos pulsante e se difunde na forma também quando usada em eletricidade de corrente contínua. A uniformidade da geração de eletricidade pode ser melhorada, por exemplo, mediante uma roda de compensação, a qual é processada por uma unidade (ou unidades) de produção. Ao se processar a eletricidade de corrente alternada para uso direto ou para liberação para a rede, o modo de corrente alternada é mudado para corrente contínua e, depois, novamente mudado para corrente alternada, para posterior liberação para a rede. Ao se processar a eletricidade de corrente contínua para uso direto ou para liberação para a rede, a eletricidade de corrente contínua é primeiro direcionada para cima através do método de corrente alternada e depois modificada para corrente alternada para liberação para a rede. A eletricidade para uso em pequena escala pode ser armazenada em acumuladores de uso local, pelo que a eletricidade de corrente alternada é mudada em corrente continua e a corrente continua é direcionada para cima e ajustada para os acumuladores.

Claims (10)

1. Instalação de produção (1) para utilização de energia produzida a partir de ondas, em cuja instalação de produção existem duas ou mais unidades de produção (4) e a massa de água (V) da bacia aquática é adaptada para atuar as unidades de produção (4) ou suas partes localizadas no fundo (P) da bacia aquática ou na vizinhança próxima, e o equipamento de transferência de energia das unidades de produção (4) da matéria intermediária é conectado em série ou em paralelo relativamente entre si, caracterizada pelo fato de que: - as unidades de produção (4) são usadas para transformar a energia cinética da massa de água em alguma outra forma de energia, como energia elétrica e/ou energia cinética e/ou pressão do agente intermediário; as unidades de produção (4) são fixadas direta ou indiretamente no fundo da bacia aquática, na região intermediária de água (B) (na área b da figura 3); - as unidades de produção (4) são totalmente submersas sob a superfície da água;

2. Instalação de produção (1} de acordo com o definido na reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a instalação de produção é fixada por meio de uma ou mais bases (50) no fundo (P) da bacia aquática.

3. Instalação de produção (1) de acordo com o definido na reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que alguma parte ou todo o equipamento de transferência (2c, 20, 200) de energia ou da matéria intermediária da instalação de produção (1) é fixada de modo fixo às bases (50) .

4. Instalação de produção (1) de acordo com o definido nas reivindicações 2-3, caracterizada pelo fato de que as bases (50) apresentam o equipamento de fixação (68) pronto para que as unidades de produção (4) sejam fixadas ao mesmo.

5. Instalação de produção (1) de acordo com o definido em quaisquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a energia proveniente do movimento alternativo de um dispositivo tipo placa (2) ou sua parte nas unidades de produção (4) de uma instalação de produção (1) possa ser transformada em energia cinética e/ou pressão da matéria intermediária, por meio de uma bomba de pistão ou torção (6), funcionalmente conectada à placa.

6. Instalação de produção (1) de acordo com o definido na reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a matéria intermediária na forma liquida ou gasosa pode ser bombeada e pressurizada por uma bomba de pistão ou torção (6) para cima da superfície da água ou para alguma outra parte da bacia aquática, onde a mesma pode ser usada, por exemplo, para a produção de ar comprimido ou de gases, para geração de pressão de reforço, para fontes de água ornamental, para impregnação de madeira, para aeração de reservatórios de água ou para separação de substâncias na forma gasosa ou pode ser usada para produzir correntes da matéria liquida intermediária necessária, por exemplo, no cultivo de espécies de animais marinhos e de plantas aquáticas ou para a ventilação e/ou aquecimento e/ou resfriamento de alojamentos ou ser usada como tal, por exemplo, em sistemas de irrigação, cascatas de água ou sistemas de combate a incêndios.

7. Instalação de produção (1) de acordo com o definido nas reivindicações 1-4, caracterizada pelo fato de que as unidades de produção (4) podem ser usadas para transformar a energia cinética da massa de água em energia elétrica e a energia elétrica pode ser transferida através de fios ou cabos para o ponto de aplicação.

8. Instalação de produção (1) de acordo com o definido na reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o ponto de aplicação para a energia elétrica é uma linha elétrica acima da superfície da bacia aquática, através da qual a energia elétrica pode ser transferida para algum outro ponto de aplicação.

9. Instalação de produção (1) de acordo com o definido em quaisquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as unidades de produção (4) são fixadas no fundo (P) da bacia aquática, de modo a serem totalmente localizadas em uma profundidade onde o movimento da massa de água é substancialmente alternativo ou elíptico.

10. Instalação de produção (1) de acordo com o definido em quaisquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as unidades de produção (4) são fixadas no fundo (P) da bacia aquática, numa profundidade mais funda que a da linha de rebentação das ondas, aproximadamente, em uma área na qual a proporção da profundidade da bacia aquática (H) para o comprimento da onda (L) se situa na faixa de 1/20 a 1/2.