BRPI0715047B1 - Dispositivo de deflexão de fluxo, sistemas, lâminas, métodos e veículos relacionados - Google Patents

Abstract

dispositivo de deflexão de fluxo, sistemas, lâminas, métodos e veículos e relacionados. o fluxo de fluido em uma máquina de captura de energia é crucial para determinar a quantidade de energia capturada, particularmente no campo de fontes de energia renováveis. a presente invenção descreve dispositivos e métodos para aplicar a física do fluxo a máquinas de captura de energia, mais conhecidas como turbinas de vento e de água, para otimizar o fluxo no componente de captura de energia pelo posicionamento adequado de vários objetos chamados dispositivos de desvio de fluxo, proporcionando um significativo ganho de potência na saída.

Description

DISPOSITIVO DE DEFLEXÃO DE FLUXO, SISTEMAS, LÂMINAS, MÉTODOS E VEÍCULOS E RELACIONADOS.

Setor e Estado da técnica da invenção

A presente invenção se refere a dispositivos e métodos para melhorar o desempenho de máquinas de captura de energia. Esta patente é largamente baseada em pedidos provisórios de patente do mesmo autor.

Definições e abreviações:

Dispositivo de desvio de fluxo (FDD) é qualquer objeto que afete o fluxo, sendo usado aqui para indicar o fluxo para dentro de uma máquina de captura de energia. Uma vez que muitos dos modelos mostrados posteriormente nesta discussão envolvem vento, o termo dispositivo de deflexão de vento (WDD) pode também ser usado para o caso especifico de fluxo de vento. Os mesmos princípios se aplicam a ambos os termos. Termos para diferentes fluidos como ar, vento, água, líquido, gás, etc, são todos em grande parte intercambiáveis no que se refere a dinâmica de fluidos e são considerados intercambiáveis nesta patente. Mesmo que a palavra fluido seja freqüentemente associada a água, é usada tecnicamente para se referir a líquidos e gases.

Os termos “funcionalmente adjacentes”, “funcionalmente contíguos”, etc, indicam que uma estrutura tem um efeito positivo, mensurável, funcional sobre o fluxo para o objeto alvo ou turbina. Um FDD deve ter tal efeito para ser chamado de FDD.

Um FDD é fácil de conceitualizar em sua forma ideal como uma estrutura em forma de anel, mas um anel completo nem sempre é necessário ou desejado. Um FDD interrompido significa que o FDD de qualquer forma, como um anel, tem áreas de

2/68 descontinuidade - por exemplo, para permitir liberação de ar de alta pressão em Furacões. Um FDD incompleto significa que a estrutura pode não completar a forma de anel - por exemplo, se a turbina somente aponta em uma direção, não existe necessidade para certos tipos de FDD contornarem a turbina - ou pode ter um padrão de desenho incompleto, por exemplo, parcialmente oco. Não foram encontrados na técnica anterior quaisquer tipos de FDD incompletos ou interrompidos.

Por “anel” ou “anel parcial, queremos indicar uma porção circular ou todos arranjos circulares ao redor de um centro, mas também incluir estruturas com partes retas ou bordas. Por exemplo, um quadrado cercando uma torre de vento pode ser referido neste pedido como um “anel”, mesmo se cercar apenas parcialmente a torre. Em alguns casos, usaremos o termo “não-anel”, para enfatizar o ponto em que um envolvimento parcial pode ocorrer com muitos objeto não circulares, porque com dobras nas bordas poderíam formar um anel - uma estrutura circundante.

Uma “forma de perfil” ou “forma de lâmina” significa que a forma funciona para melhorar o fluxo de fluido baseada em sua superfície, como se tivesse mínima espessura, sendo que a espessura está presente somente para manter a forma no lugar. É por definição vazada. Não achamos exemplos de perfis de lâmina na técnica anterior.

É importante enfatizar que a presente invenção não é um tubo Venturi (veja figura 76). Um tubo venturi tem uma abertura, constrição e uma abertura na outra extremidade. As bordas e o restante são de pouco interesse no caso de um Tubo Venturi. Algumas patentes anteriores que fazem uso de “envoltórios” para

3/68 cercar uma turbina de vento, na realidade são tubos Venturi, ou grandes coletores e difusores. A patente difere destes de qualquer de vários modos, os mais comuns sendo que a forma dos bordos de ataque são importantes na presente invenção, mas não o são em um Tubo de Venturi, o tamanho de um Tubo de Venturi é normalmente maior na direção do fluxo, freqü ente mente maior do que a turbina e altamente dependente da quantidade de fluxo capturado, enquanto um FDD pode ser muito menor e a forma pode direcionar fluxo além de seu tamanho. Os efeitos da presente invenção são baseados na circulação de fluxo e princípios de física como a equação de Navier Stokes, além de somente o princípio de Bernoulli no tubo de Venturi. Envoltórios são bem conhecidos na industrial aeronáutica, onde envolvem lâminas e o motor. Uma vez que a presente invenção é definitivamente um avanço na idéia de envolver ambas as estruturas completamente, usamos a palavra “envoltório” para se referir a estruturas envolventes da técnica anterior, que são usualmente maiores, tem bordas de ataque afiadas e tem um coletor ou difusor óbvio, enquanto a presente invenção usa o termo “anel circundante” para indicar um envoltório ao menos parcial de uma máquina de captura de energia com uma forma aerodinâmica que não é um mero Tubo de Venturi. Todos os usos de FDD e WDD da presente invenção excluem o tubo de Venturi.

O termo “eixo-x” é usado primariamente para indicar uma orientação, de modo que não é necessariamente paralelo ao plano Terra. Os eixos y e z são perpendiculares ao eixo x e, por convenção, o eixo y é vertical, mas aqui pode se referir a uma orientação perpendicular ao eixo x.

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Nos referiremos a diferentes tamanhos de turbinas de vento. Existem de modo geral no mercado dois tipos de turbinas de vento: vento grande ou pequeno. Vento grande se refere a turbinas com diâmetro de lâmina de aproximadamente 30 - 100 metros, enquanto vento pequeno se refere a turbinas de uso privado e algumas vezes em menor escala, de aproximadamente 2-10 metros. Turbinas de tamanho médio são de aproximadamente 10-30 metros. As distinções serão úteis posteriormente quando explicarmos as invenções que são apropriadas de modo prático para turbinas de diferentes tamanhos.

Um problema das turbinas de vento compreendidas pelo estado da técnica é a falha ao operar em baixas velocidades. A corrente invenção proporciona dispositivos e métodos para atacar este problema e ao mesmo tempo melhora a captura de energia em velocidades mais altas.

Existe uma necessidade altamente reconhecida para, e seria altamente vantajoso ter, um método mais eficiente e barato para obter energia do vento e outros fluxos de fluidos.

De modo similar, máquinas que obtém energia de fluxos de fluidos também operam minimamente em baixas velocidades e capturam somente uma parte da energia do fluido.

Definimos o “componente de captura de energia” de uma máquina de captura de energia como a parte que recebe a energia, tal como as lâminas de uma turbina. Isto claramente excluiría o alojamento e o gerador. Também significaria excluir, por exemplo, uma haste que mantenha as lâminas e se mova com as mesmas, por que a haste não é a parte que recebe a energia.

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Necessitamos proporcionar alguma base em dinâmica de fluidos, uma vez que discutiremos aerofólios e objetos tipo aerofólios.

Uma “corda” é a linha reta que se estende desde o bordo de ataque da asa até o bordo de fuga. O “ângulo de ataque” é o ângulo entre a direção do fluxo e a corda. O fluxo de fluido primeiramente atinge o “bordo de ataque” de uma asa e por último contata o “bordo de fuga”. Aerofólios, termo usado aqui de modo equivalente aos termos “lâmina” e “asa”, reduzem a pressão e aumentam a velocidade na área em que a asa é abaulada (mais espessa acima ou abaixo da corda) ou inclinada na direção do fluxo. No exemplo usual de uma asa de avião, a pressão reduzida e a velocidade aumentadas são superiores a asa. Algumas destas formas são ilustradas na figura 77.

Como usados aqui, “aerofólio” e “forma de aerofólio” incluem também qualquer dos seguintes subconjuntos: forma de aerofólio interrompido, forma de aerofólio parcial, forma de perfil de aerofólio, forma de aerofólio vazado, forma de aerofólio incompleto. Em alguns casos um FDD de circulação é também incluído.

O efeito Coanda é a tendência do fluido de aderir a superfícies curvas quando passa pelas mesmas. A presente invenção usa este princípio para direcionar o fluxo de fluido em associação com FDDs e turbinas.

Geralmente, o bordo de fuga de um aerofólio é onde ocorrem vórtices conforme jatos interrompidos de fluido se encontram. Isto é ruim para máquinas de captura de energia, uma vez que nestes pontos a velocidade do fluido pode ser negativa. Parte dos objetivos dos FDDs é reduzir estes vórtices na área das lâminas ou outros

6/68 mecanismos de captura de energia e direcionar a velocidade positiva para posições precisas. Este posicionamento preciso para vários tipos de FDDs é uma característica inovativa da presente invenção.

Aumento do ângulo de ataque resulta em separação do fluxo, conforme as partículas do fluxo não mais seguem o contorno da asa. Então, de modo geral, um ângulo de ataque grande resulta em liberação das partículas de fluido da proximidade da asa. Isto pode ser ruim em aeroplanos com ângulos de ataque altos, mas um dos pontos inovativos da presente invenção é que pode ser muito bom para grandes máquinas de captura de energia. Manipulação do ângulo de ataque e distância do objeto de captura de energia, tal como as lâminas, pode fazer grande diferença na captura de energia em pontos específicos.

“Lâmina” é algumas vezes usado de modo intercambiável com “componente de captura de energia”, embora lâminas sejam realmente um subconjunto de componentes de captura de energia de máquinas de captura de energia. Outro exemplo de um componente de captura de energia seria uma roda de pás.

Uma forma cônica é considerada um subconjunto de uma forma côncava para os propósitos da presente invenção.

O tipo de fluxo pode ser laminar ou turbulento na camada limite adjacente à asa. O fluxo laminar resulta em retardamento das moléculas do fluido por provocar arrasto sobre as partículas acima das mesmas. Em fluxo turbulento, as moléculas de fluido próximas a asa se movem mais rápido pois se misturam com o fluxo mais rápido acima das mesmas. Uma das inovações da presente invenção é o reforço do fluxo de fluido por anéis circundantes.

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Tem sido reconhecido que existem dois componentes no comportamento do ar próximo a uma asa, um efeito de obstáculo (baseado principalmente em forçar o ar a tomar um diferente caminho, como explicado pelo Princípio de Bernoulli - Figura 74) e um efeito de circulação (de aumento da velocidade do ar acima de uma asa devido a diferenças de pressão induzidas pela forma da asa e pelo comportamento das partículas de ar, como explicado tanto pelo Princípio de Bernoulli como pelo Princípio de Kutta e pela equação de Navier Stokes - Figura 75) (a presente discussão simplifica uma série de princípios aerodinâmicos a fim de chegar a um resultado). Isto é relevante para nós, uma vez que a presente invenção é a primeira a claramente aplicar a distinção entre os dois em máquinas de captura de energia. O efeito Obstáculo é em grande parte dependente do tamanho do obstáculo; o efeito circulação é em grande parte dependente da forma apresentada pelo fluido chegando. Ambos ocorrem em qualquer FDD. Nós usamos o termo “FDD interno” para se referir a um FDD de turbina menor, que aplica principalmente um efeito de circulação nas lâminas ou outro componente de captura de energia, enquanto “FDD externo” se refere a uma estrutura maior, mais tipo obstáculo, quando o FDDs tem um eixo y central em relação a um eixo x de direção de fluxo. Os termos “interno” e “externo” podem ser usados mesmo se apenas um estiver presente. Ambos os termos podem ser referidos como “donut maior” e “donut menor” como serão geralmente em forma de anel, mas podem ainda ser um anel parcial. Em resumo, nos referimos a FDD externo = donut externo = FDD obstáculo ou de obstrução e FDD interno = donut interno = FDD de circulação = tipo lâmina interna como grupos de conceitos sinônimos.

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Nenhuma aplicação de efeito de aerofólios e outros FDDs tem sido feitos para grandes turbinas de vento.

Algum trabalho tem sido feito no uso de estruturas próximas a pequenas turbinas de vento, distinguiremos da presente invenção o que foi patenteado anteriormente como basicamente Tubos Venturi. Tais patentes anteriores basicamente envolvem o uso de um coletor na entrada ou de um difusor na saída. Isto pode ser visto nas figuras 63 - 69. É sabido que o estreitamento do fluxo de um fluido resulta em uma velocidade maior. Esta não é a presente invenção, embora o conceito tenha algumas aplicações aqui.

As patentes FR2857063 e W02004099607, basicamente a mesma patente, como mostrado na figura 67, são as que mais se aproximam do uso da presente invenção de FDDs próximos a pequenas turbinas de vento. Existe um número de diferenças cruciais: (1) Estas patentes afirmam que as lâminas deveríam estar no centro do alojamento. Nossos dados revelam que isto raramente é verdade. O centro ou meio raramente é a melhor localização, mas é isto que reivindicam. (2) A estrutura 13 em seus diagramas mostra estruturas suporte internas ligadas a um cubo na frente das lâminas. A presente invenção, ao contrário, trabalha também com turbinas que tem as lâminas em frente do cubo. É uma desvantagem fazer as estruturas suporte maiores e posicionar as estruturas suporte interiormente e em frente as lâminas, pois interferem com o movimento do vento. (3) Em adição, a presente invenção não requer estruturas suporte que separem o alojamento das lâminas. (4) Estas patentes mostram suas asas cobrindo metade do corpo do gerador da turbina. A presente invenção evita isto; neste sentido, a asa destas patentes está simplesmente funcionando como

9/68 um Tubo Venturi. De fato, afirmam explicitamente que desejam criar um efeito Venturi. (5) Estas patentes são autocontraditórias. Posicionam as lâminas longe do bordo de ataque, mas afirmam que deveríam ser posicionadas contra a corrente das forças hidrodinâmicas. “A turbina é montada no eixo rotacional que é localizado a montante do centro das forças aerodinâmicas resultantes geradas no alojamento, pelo vento axial, na direção do vento”. A descrição de localização é adicionalmente vaga. “Centro das forças” é indefinível. Adicionalmente, não nos importamos com as forças no alojamento, mas na turbina. (6) Eles descrevem apenas uma hélice completa. A presente invenção também permite que estruturas interrompidas ou incompletas lidem com ventos altos. (7) A W02004099607 se refere a sua invenção como um “alojamento circular difusor”, no qual o objetivo é aumentar a velocidade pela difusão dos ventos no outro lado de um tubo coletor. Não se trata de deflexão de fluxo.

Nossos dados mostram claramente que a montante das “forças hidrodinâmicas” não é uma boa localização. A localização x= 4 metros na tabela abaixo é proporcionalmente não útil. Aqui, 0.00 é o bordo de ataque. Estes dados mostram variações percentuais em potência de saída, com ventos de 10 metros por segundo e diferentes diâmetros de lâminas DIN, em um aerofólio NACA 4448 com comprimento de corda de 6 metros em diferentes ângulos de ataque, de modo que a posição ideal, que varia com os diferentes ângulos de ataque, está entre 0.25 e 0.45 do comprimento de corda - não contracorrente e não no centro. Para os parâmetros mostrados, a um ângulo de ataque de 30 graus, que é aproximadamente o mais efetivo, a razão ótima da localização da lâmina pelo comprimento de

10/68 corda é 0.25. Como veremos mais tarde, a localização ótima depende da forma.

Din (m)	10	2.5	2.5
X(m)	=-0°	=-30°	=-40°
-0.40	5	40	34
0.00	14	147	141
0.05	18	186	180
0.15	26	255	226
0.25	28	215	184
0.35	22	161	149
0.40	19	142	138
0.45	17	125	128
0.50	15	110	119
0.55	13	95	110
0.60	12	81	101
0.65	11	68	92
0.75	9	46	74

Um artigo de H. Grassman et. Al em 2003 descreveu o uso de um alojamento com lâminas. O diâmetro das lâminas era 0.56 metros e o alojamento tinha 1.1 metros de comprimento. O alojamento coleta e estreita sem dar atenção a velocidade em função da localização das lâminas, mas ao invés trata a velocidade como se fosse simplesmente acelerada de um Tubo Venturi. Um outro artigo estabelece um modelo em que o alojamento é localizado 1.3 vezes o ίο raio do propulsor do eixo do propulsor e, no restante, afirma que um grande espaço entre o alojamento e as lâminas é mandatório. Isto prova que estavam trabalhando com um efeito Venturi tipo Bernoulli ou pelo menos com uma diferente invenção, por que nossa invenção aumenta o fluxo desproporcionalmente a uma pequena distância do is FDD (como mostrado nas figuras 58, 59, 60 e 61), ao invés de

11/68 proporcionar um aumento global em velocidade, o que é típico de um tubo venturi. Quando falam em opor uma asa a turbina, se referem simplesmente a um lado dobrado da asa confrontando a turbina - em outras palavras, um Tubo Venturi com uma sólida profundidade. Nossas formas de lâmina de FDD usam ambas as curvaturas, a superior (interna) e a inferior (externa), para ser completamente efetivas na recirculação do ar. Outro ponto é que as lâminas que usam são pequenas, menos de dois metros em diâmetro. O tamanho de sua estrutura é impraticável para a maioria dos usos. Eles não têm como lidar com a velocidade extremamente alta criada por ventos altos. Afirmam que seu trabalho é um desenvolvimento da patente de Grumman. Supomos que seja a patente US 4075500, que é definitivamente um alojamento tipo Venturi, como discutido anteriormente.

O Estado da técnica ainda compreende outros depósitos de patente do inventor. O PCT IL07/000003 intitulado “Conversão de energia de ondas oceânicas em potência elétrica” (figuras 70 - 73) contém invenções referentes ao uso de FDDs com turbinas na superfície de ondas oceânicas, FDDs afetando características de ondas, FDDs adjacentes a rodas de pás e reivindicações amplas relacionadas a FDDs.

A patente descreve o uso de um FDD local para acelerar a velocidade de ondas contra uma roda de pás, um conjunto de dois FDDs basicamente horizontais em forma de rampa para cada estrutura vertical, que são unidos para formar um bordo de ataque confrontando as ondas entrantes, que se inclina para cima até um ponto em que não permite as ondas quebrarem. No contexto de uma fazenda de energia, formam basicamente uma estrutura tipo

12/68 obstrução que acelera as ondas de uma forma geral, além de provocarem efeito na altura das ondas acima da superfície da água. Estas duas estruturas são também descritas como sendo úteis com outros métodos de captura de energia. O FDD local é geralmente de uma localização fixa em relação ao componente de captura de energia, enquanto o FDD rampa visa de forma geral ajustar a posição de acordo com as condições da onda. O FDD local pretende ser tipo asa ou tipo aerofólio e ser localizado inferior, funcionalmente contíguo a, e paralelo ao eixo da roda de pás.

Os dois dispositivos são também aplicados a captura de ondas submarinas. O FDD rampa é também aplicável a dispositivos de captura de energia flutuantes.

A rampa é vantajosa de dois modos: adiciona energia cinética a área da roda de pás superficial por um efeito obstrutivo do fluxo da água e permite a melhor captura da energia cinética existente ao revelar a verdadeira altura da onda.

Nenhum FDD de onda tem a forma de anel. O FDD rampa pode ser conectado a uma estrutura suporte ou a uma estrutura suporte separada. O FDD local pode ser conectado ao aparato de geração de superfície ou a um aparato separado.

O PCT ainda descreve uma pilha de rodas de pás submarinas com capuzes que defletem o fluxo para a roda acima. O PCT não descreve um número de inovações descritas na presente invenção, tais como as formas de perfis, ângulos de ataque, métodos de cálculo, uso com lâminas e muitos outras.

Breve descrição dos desenhos

A invenção é aqui descrita, por meio de exemplo somente, com referências aos desenhos anexos em que:

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Figura 1 é uma grande torre de vento com dois anéis.

Figura 2 é uma estrutura anelada circundando uma torre de vento.

Figura 3 é uma ilustração do princípio de Bernoulli sobre um FDD em uma torre de vento.

Figura 4 é um FDD incompleto, curvado.

Figura 5 é uma torre de vento feita de vigas com um FDD.

Figura 6 se refere aos mecanismos de liberação de pressão.

Figura 7 se refere a três configurações de grandes FDDs de turbina de vento.

Figura 8 é uma vista da tela de um programa de computador de modelagem de fluidos.

Figura 9 é um esboço da aparência da simulação

modelada por computador.	uma discretização	do modelo	de
Figura	10 é
computador.
Figura	11 é	uma ilustração dos	parâmetros	da

modelagem do computador com uma grande turbina de vento.

Figura 12 ilustra os resultados modelados por computador dos caminhos das partículas de ar ao redor de um FDD.

Figura 13 é um esboço do conceito das áreas de maior aceleração afetando parte da área varrida pelas lâminas.

Figura 14 é um modelo de computador do efeito do diâmetro interno na velocidade do vento.

Figura 15 é uma continuação da figura 14.

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Figura 16 é um modelo de computador do efeito da forma do WDD na velocidade do vento.

Figura 17 é um modelo de computador do efeito do tamanho do WDD na velocidade do vento.

Figura 18 é um modelo de computador do efeito da inclinação do WDD na velocidade do vento.

Figura 19 é uma ilustração dos métodos de construção de um WDD externo.

Figura 20 é uma ilustração de um FDD interno adicionado a uma armação de FDD externa.

Figura 21 é uma ilustração 3D de um FDD externo.

Figura 22 é uma ilustração de um FDD interno em forma de aerofólio.

Figura 23 é um modelo de computador do efeito de uma forma interna de donut na velocidade do vento.

Figura 24 é um 3D dos donuts interno e externo.

Figura 25 é uma ilustração do FDD interno não conectado a torre.

Figura 26 é uma ilustração do FDD interno conectado a torre.

Figura 27 é uma ilustração do FDD interno conectado a torre e a estrutura circundante, seja esta o FDD externo ou o solo.

Figura 28 é um modelo de computador do efeito de uma esfera na velocidade do vento.

Figura 29 é um gráfico de velocidade comparando uma lâmina e uma esfera.

Figura 30 é um modelo de computador do efeito de uma forma de quarto de esfera na velocidade do vento.

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Figura 31 ilustra dois casos de perfis de FDDs.

Figura 32 é um modelo de computador do efeito de uma forma de perfil de meia lâmina espessa na velocidade do vento.

Figura 33 é o perfil de uma grande estrutura FDD.

Figura 34 é uma vista superior de uma torre de veto e FDDs.

Figura 35 mostra o efeito de bloquear parcialmente uma turbina de vento.

Figura 36 é um FDD cuja vista superior é basicamente retangular.

Figura 37 mostra as partes de um pequeno FDD de vento.

Figura 38 mostra a construção de locais de liberação.

Figura 39 mostra a construção de um anel circundante ao redor de uma pequena turbina de vento.

Figura 40 mostra um FDD central em pequena turbina de vento.

Figura 41 é um desenho de propulsor duplo.

Figura 42 é uma ilustração de um aerofólio inclinado em um anel circundante.

Figura 43 é um diagrama de fluxo de um fluxo laminar e turbulento.

Figura 44 é um diagrama de um método para forçar fluxo turbulento.

Figura 45 ilustra dois modelos de perfil de lâmina.

Figura 46 ilustra algumas variantes de lâminas.

Figura 47 apresenta dois diagramas de fluxo de perfis de lâmina.

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Figura 48 é um diagrama de fluxo de uma lâmina.

Figura 49 é um diagrama de lâminas de turbina adaptadas para a presente invenção.

Figura 50 é um diagrama de lâminas de turbina com adaptações nas extremidades para um anel circundante.

Figura 51 é um modelo de uma montagem de torre de uma pequena turbina de vento.

Figura 52 é um diagrama de uma torre de vento conectada a uma bomba hidráulica.

Figura 53 mostra uma torre de vento retrátil.

Figura 54 é um modelo 3D de uma cascata de FDD interna.

Figura 55 é um modelo de computador do efeito de uma cascata de FDDs densamente agrupados na velocidade do vento.

Figura 56 mostra o conceito de adicionar velocidades de fluxo para fazer um mapa de fluxos.

Figura 57 é uma ilustração do relacionamento das velocidades de fluxo com a forma da lâmina.

Figura 58 é uma distribuição radial de velocidade para um perfil de lâmina 4448.

Figura 59 é uma distribuição radial de velocidade para uma lâmina da presente invenção.

Figura 60 é um gráfico de velocidade por posição radial de vários FDDs.

Figura 61 é um gráfico de potência de saída por posição radial de vários FDDs.

Figura 62 é uma figura de uma turbina de eixo vertical.

Figura 63 é uma figura do estado da técnica.

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Figura 64 é uma figura do estado da técnica.

Figura 65 é uma figura do estado da técnica.

Figura 66 é uma figura do estado da técnica. Figura 67 é uma figura do estado da técnica. Figura 68 é uma figura do estado da técnica. Figura 69 é uma figura do estado da técnica. Figura 70 é uma figura do estado da técnica. Figura 71 é uma figura do estado da técnica. Figura 72 é uma figura do estado da técnica. Figura 73 é uma figura do estado da técnica. Figura 74 mostra o princípio de Bernoulli.

Figura 75 mostra a Equação de Navier Stokes.

Figura 76 mostra um Tubo venturi.

Figura 77 mostra ilustrações de aerofólios.

Descrição dos desenhos

A presente invenção se refere a uma série de dispositivos e métodos que afetam fluxo em qualquer máquina de captura de energia.

A presente invenção soluciona de forma bem sucedida as deficiências das configurações de turbinas de vento presentemente conhecidas ao adicionar uma estrutura de FDD, com um eixo x ou eixo y, dependendo do tamanho da turbina e do efeito desejado, funcionalmente adjacente às lâminas da turbina. Uma estrutura tipo asa faz com que o princípio Bernoulli aja para aumentar a velocidade fluxo de ar superior a curvatura superior da asa. Esta velocidade maior aumenta a velocidade efetiva do fluido para a turbina. Este e outros usos de formas fazem com que as equações de

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Navier Strokes e o efeito Coanda ocorram na circulação das partículas do fluído.

A maioria das ilustrações dos conceitos aqui usam a turbina de vento de lâmina propulsora como um modelo, pois é o tipo de turbina de energia renovável mais comum, porém os conceitos mostrados aqui se aplicam a outras turbinas, outros tipos de turbinas de vento e outros meios de fluxo além do vento. A ilustração de um não exclui o outro.

A figura 1 ilustra o conceito de alterar o fluxo dirigido para as lâminas (1) de uma grande turbina de vento ao usar uma estrutura FDD (3) que não cerca as lâminas. Outra amaneira de defini-la é que o FDD tem uma orientação de eixo y onde o fluxo de fluido está no eixo x. O FDD cerca a torre de vento (2), ou em outras concretizações, a estrutura suporte de uma máquina de captura de energia. Pode também ser definida como tendo um eixo central que é perpendicular a direção do fluxo, ou que o diâmetro da estrutura é paralelo a superfície da Terra. A razão deste conceito é praticidade. Grandes turbinas têm freqüentemente 80 metros de diâmetro e rotacionam sobre o eixo da torre de vento. Seria difícil construir e coordenar um anel circundante com 80 metros de diâmetro para tal grande estrutura móvel, embora isto esteja incluído na presente patente já que pode ser feito. Poderia também ser possível, e isto é parte da presente invenção, construir um FDD móvel ao redor da torre para coordenar com a orientação das lâminas. A vista frontal da figura mostra um FDD inferior as lâminas da turbina por ser posicionado inferior a, em contigüidade funcional para, e fora do perímetro das lâminas da turbina de vento (o termo “inferior a” é utilizado para orientar o leitor, mas qualquer estrutura com um ângulo reto com

19/68 relação ao plano das lâminas em qualquer lado ou orientação superior estão incluídas na invenção. Ainda, como será visto, podem ser inferiores ao centro das lâminas, mas realmente bloquear parte das mesmas). A localização fora do perímetro é obviamente necessária, dependendo da distância do FDD da torre, em uma turbina rotativa para impedir colisão do FDD com as lâminas. Uma turbina não móvel será discutida mais tarde e, claramente, não requererá um anel ao redor do centro da turbina, mas um anel parcial ou outra estrutura com eixo não perpendicular a direção do fluxo pode ser possível.

Em outras concretizações, a substância do fluido pode ser outra além do vento.

Em outras concretizações, o FDD pode estar em qualquer lado das lâminas; isto é simplesmente o mais prático porque facilmente cabe na torre central de vento. O FDD não necessita necessariamente ser conectado a torre. Poderia estar em uma estrutura separada em outra concretização. Ainda, o FDD, em outra concretização, pode ser um donut de menos de 360 graus. Este donut de menos de 360 graus pode ainda rotacionar na direção de vento ao redor da torre de vento ou máquina de captura de energia. A figura aqui mostra o ideal. Em adição, o dono da turbina pode decidir que é economicamente prático elevar o FDD apenas em um lado, de onde o fluido consistentemente vem. Aquele FDD também está incluso na presente invenção.

Em várias concretizações, a forma da torre de vento pode variar, e os meios de conexão do FDD a torre de vento podem variar de acordo. O método para ajustar a forma do FDD para criar contigüidade funcional às lâminas da turbina e/ ou evitar contatar as partes móveis da turbina é parte da presente invenção.

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O FDD pode ser em forma de asa. Uma estrutura em forma de asa pode ser definida como uma estrutura com uma curvatura superior, em que a curvatura superior é posicionada confrontante ao perímetro do plano de operação das lâminas.

O FDD como mostrado pode tanto ser muito grande e criar primariamente um efeito de obstáculo ou obstrução, como pode ser pequeno e criar primariamente um efeito de circulação. A aposição de qualquer um individualmente a um componente de captura de energia é uma inovação da presente invenção, assim como é o uso de ao menos dois com a mesma máquina de captura de energia. Se existem dois do mesmo tipo, nos referiremos aos mesmos como cascata. Se existem dois de diferentes tipos, como será discutido, que agem primariamente no princípio de obstrução de fluxo de fluido ou no princípio de circular localmente o fluxo de fluido, nos referiremos geralmente ao tipo maior como um donut externo ou de obstáculo, e geralmente ao tipo menor como donut interno ou de circulação. A presente invenção revela tanto o uso individual do donut de obstáculo ou de circulação com a máquina de captura de energia, como o uso de ao menos um dos dois tipos juntos, ou uso de ao menos dois, fora de um de dois, juntos. Em geral, o donut obstáculo será distinguido por um grande volume interno, real ou projetado. Em geral o FDD obstáculo funciona melhor se apresenta uma superfície convexa ao fluxo de fluido e o FDD de circulação funciona melhor se apresenta uma superfície em forma de aerofólio ou tipo aerofólio ao fluxo de fluido

O FDD de menos de 360 graus pode, em uma concretização, sincronizar com a direção de vento e a posição das lâminas usando um sensor de direção do vento e mecanismo de

21/68 controle. O sensor de direção do vento pode ser o mesmo que a turbina de vento usa. Os dispositivos e métodos para sincronização da asa com a turbina de vento são parte da presente invenção.

A figura 24 é uma vista em 3D da figura 1 com partes numeradas de modo similar.

A seção de fundo da figura 1 é mostrada mais detalhadamente na figura 2. A Figura 2, a qual mostra maneiras de construir um FDD ao redor de uma turbina de vento, seria idealmente construído de modo modular; a figura mostra os elementos essenciais. O interior das linhas pontilhadas, parte (5), representa a torre de vento central, mostrada aqui como circular. As linhas pontilhadas representam meios para conectar o FDD a torre de vento, parte (10). Tais meios podem incluir parafusos, tiras, travessas, roscas e assim por diante. Nesta concretização, uma meia asa convexa (10) circula completamente a torre de vento. Em efeito, esta é uma asa completa com uma falha no centro - útil para acessar o exterior da torre de vento. Em outras concretizações, uma “asa completa” - definida como uma asa em que o bordo de ataque e bordo de fuga não separados no centro - é proporcionada. As partes (8), em linhas pontilhadas, representam meios de conexão das asas a torre diretamente ou aos aneis circulando e apertando em volta da torre. As partes (11) em linhas pontilhadas representam os meios de conexão em diferentes níveis. Outras concretizações podem usar diferentes meios de conexão e podem ser personalizadas usando o princípio de pegar um FDD e posicioná-lo funcionalmente contíguo as lâminas. Ao menos um nível de meios de conexão é requerido. É recomendado que ao menos três diferentes níveis horizontais de conexão sejam utilizados, se o FDD é conectado somente a Torre, a

22/68 fim de prevenir que o FDD se mova para cima ou para baixo. A parte (7) representa os meios de conexão do FDD ao solo. A parte (9) mostra meios de conexão do FDD a estrutura suporte.

A concretização ideal de FDD mostrada aqui é leve, oca e feita de plástico ou metal. Em algumas concretizações, o FDD pode ser sólido. Em algumas concretizações, o FDD pode ter uma armação rígida conectada a um material tencionado como Kevlar. Na presente invenção, qualquer material flexível, mesmo uma espessa lâmina de metal, é incluído no termo “material tencionado”. Em algumas concretizações, o suporte vertical interno da asa não é crucial e a asa não teria qualquer área completamente fechada.

As partes (9) e (6) ilustram meios de conexão da asa em um conjunto de concretizações. Partes (9), pequenos quadrados, representam pontos de conexão que são parte do FDD. Meios de suporte podem ser conectados ali. Ditos meios de suporte podem ser de qualquer material adequado, tal como corda, nylon, plástico ou metal e podem ser apertados, pressionados ou fixamente conectados. Partes (6), os pequenos círculos, representam pontos de conexão a torre de vento direta ou indiretamente através de uma cinta circundante em uma concretização. Dita cinta, em uma concretização, teria múltiplos pontos de colocação de parafusos e roscas para conectar a torre de vento (ou outra).

Em uma concretização, partes (6) e (9) e meios de conexão similares necessitam ter nenhuma ou mínimas extensões da torre de vento. É a concretização ideal ter um espaço, pois torna o peso menor e permite acesso a torre de vento.

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A extensão do FDD deveria idealmente ser tal que a maioria do caminho das lâminas do componente de captura de energia seja superior ao nível superior do FDD.

A figura 3 ilustra como a presente invenção, em uma de suas muitas concretizações, aqui um FDD de obstáculo, funciona. De acordo com o princípio de Bernoulli, a velocidade do vento aumenta superior a asa (13), aqui mostrada em corte. A figura 3 mostra o vento vindo da esquerda, acelerando sobre a estrutura da asa e concedendo maior força a lâmina (12) superior da asa. As lâminas (12) são mostradas aqui como interiores e superiores a borda mais interna (14) de tal FDD. A razão é que espaço é necessário para a aceleração do vento sobre o FDD obstáculo tipo asa.

Em qualquer forma ou concretização a invenção em última análise pode ser produzida em peças modulares menores que se conectam facilmente.

A figura 4 ilustra uma concretização de um FDD asa que pode se mover em sincronismo com as lâminas propulsoras ou que pode ser usado com uma turbina de direção fixa. A figura também ilustra o uso de um FDD em círculo incompleto. O arco ilustra uma fatia em corte transversal em um anel circundante que é curvado para cima, nesta concretização, em um ângulo de arco similar aquele das lâminas (15), mas sempre periférico as mesmas. A asa não necessita ser curvada para cima em todas concretizações. A asa em si é conformada de modo que a área confrontante ao interior do arco tem uma curvatura superior (17) e uma superfície exterior (16). Em outra concretização, a seção transversal é paralela ao solo do começo ao fim de sua superfície inferior. Isto ilustra o uso de um FDD em

24/68 circunferência parcial. O FDD mostrado aqui pode também ser usado com turbinas menores.

A figura 5 ilustra como a presente invenção trabalha com uma torre de vento (20) construída com vigas. Braçadeiras como exemplo de meios de conexão (18), opcionalmente com furos para introdução de roscas ou parafusos, seriam meios de fixação às vigas. As braçadeiras são ligadas a pelo menos uma estrutura (19) (fixamente se a estrutura é fixa, não fixamente se a asa se move sincronamente com as lâminas), que então é conectada ao FDD (21).

As concretizações do FDD e seus meios de conexão são parte da invenção, mas os específicos meios de conexão, dispositivos e métodos são uma opção a invenção principal do posicionamento de um FDD funcionalmente contíguo a uma turbina e/ ou torre. Nas concretizações ideais, esta invenção de estruturas de FDD são usadas em conjunção com lâminas propulsoras. Entretanto, podem ser usadas em conjunção com outras estruturas e máquinas, tais como uma turbina de eixo vertical (figura 62).

Parte da presente invenção é o método de colocação de dita estrutura de vento em uma torre de vento, antes ou depois da torre de vento ser levantada no local. De modo que estas peças possam ser preparadas e fixadas por meio de solda ou outros meios a componentes da torre durante a manufatura. Parte da presente invenção é o método de sincronizar uma asa móvel com as lâminas propulsoras, idealmente em uma turbina de vento para capturar energia. Parte da presente invenção é o método para criar estruturas adjacentes a turbinas de vento para acelerar fluxo de ar.

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Um exemplo de tal estrutura seria as estruturas que concentram o fluxo de vento contra as turbinas. Tais estruturas podem opcionalmente ser conectadas à estrutura da asa.

Todos os meios de conexão podem ser otimizados ao ter buracos pré-formados para introdução de parafusos e roscas e meios pré-formados para conectar objetos suporte.

Todos os meios de conexão discutidos nesta invenção podem opcionalmente ser compostos ou conectados a partes móveis que permitam ao FDD mudar de posição.

Todos os componentes podem constituir uma coleção de artigos individuais manufaturados necessários para o presente conjunto da invenção em um kit.

A figura 6 é uma ilustração de mecanismos de liberação de pressão. Um problema com um FDD é como lidar com fluxos de fluido de alta velocidade, como ventos de um furacão, sem arruinar a estrutura do FDD (21) ou a turbina. Deixar um espaço oco no centro ajuda a liberar parte da pressão, mas existe o perigo de que a alta pressão abaixo da estrutura a puxe demais para cima. Existem várias maneiras de lidar com isto. A figura 6 ilustra algumas soluções. Uma é prender as áreas periféricas do FDD (27) ao solo ou outra superfície. Outra abordagem básica é permitir comunicação de ar do fundo do WDD (alta pressão) com o topo (baixa pressão). Idealmente, os dispositivos deveríam abrir somente com uma certa velocidade alta do vento. Outra solução é um plugue (22) e um painel (25) que usam uma corda (24) para impedir o plugue de voar para fora todo o percurso, de modo que uma pessoa com uma vara longa com gancho poderia puxá-lo de volta depois da tempestade. Uma solução melhor seria uma válvula unidirecional (26) que somente abrisse com uma

26/68 alta velocidade ou diferencial de pressão. Outra boa solução seriam flaps (26), em uma concretização equipados com uma mola, que somente abrissem a um diferencial de pressão preestabelecido. As duas últimas soluções retornariam ao normal no final da tempestade sem manipulações adicionais. Em uma concretização, os flaps abrem em direção ao vento; em outra, contra o vento. Estes flaps poderíam ser dispostos tanto no topo como no fundo de um tarpauling conectando as estruturas rígidas de um WDD ou uma estrutura sólida tal como um tubo estendendo-se do fundo ao topo. Adicionalmente, fazer o WDD descontínuo em certas áreas muito finas (23) pode também ajudar a liberar a pressão. Isto é referido como um FDD “interrompido”.

A figura 7 mostra várias possíveis configurações de um FDD externo maior (28, 29, 30). Destas três, B2 tem o melhor desempenho. Cada uma destas é referida como uma combinação de duas formas em um FDD.

As diferentes configurações mostradas até agora podem ser modeladas.

Um WDD que cabe abaixo de uma turbina de vento e cerca a torre de vento como um toro ou donut tem certos parâmetros que devem ser levados em consideração. O método para proporcionar um WDD específico para cada torre de vento inclui a forma do WDD (idealmente convexa) e sua relação espacial com as lâminas, fatores de posicionamento - tais como estradas próximas e distância a outras turbinas de vento; fatores de forma da torre, tais como diâmetro ou forma das longarinas; parâmetros da torre de vento e lâminas - tal como a altura das estruturas; e fatores do fluxo de vento. Os fatores cruciais para isto são as variáveis altura, largura,

27/68 diâmetro interno (Din), localização das lâminas em relação à torre e ao WDD, tamanho das lâminas e distância das lâminas da terra. O método ideal é obter estas informações e desenvolver uma configuração ideal para cada turbina usando um programa computacional de dinâmica dos fluidos como FLUENT. A figura 8 é um instantâneo da tela de entrada de um programa de computador de modelagem de fluidos. A figura 9 é um esboço do modelo numérico no programa, neste caso para o donut externo. (31) mostra as lâminas da turbina de vento girando no eixo x, em que o eixo z é a direção do vento. (32) mostra o WDD ou FDD.

A figura 10 mostra a discretização do programa em diferentes planos. (33) é a malha do plano de simetria e é verde no original. (34) é o solo e é vermelho no original. (35) é o FDD e é azul escuro no original. Usamos de 500000 - 1000000 nodos com agrupamento de pontos próximos ao solo e próximos ao WDD.

A figura 11, um esboço de geometria, ilustra alguns dos parâmetros mostrados.

A forma, o diâmetro interno, a largura do dispositivo de deflexão de vento (WDD) assim como a altura variam caso a caso. Note que no presente caso, os efeitos das lâminas assim como da torre não foram incluídos.

A figura 11 é uma ilustração dos parâmetros do modelo de computador com uma grande turbina de vento. A figura 11 mostra a geometria assimétrica de (a) o inteiro domínio e (b) o FDD. Favor notar que as lâminas não são simuladas; são mostradas por propósitos de ilustração apenas.

As seguintes dimensões tem sido usadas:

Db= diâmetro das lâminas, de 30 a 80 metros.

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Dout= 200 - 280 metros - não é um parâmetro crucial.

Hout= 150- 160 metros - não é um parâmetro crucial. Hg = altura do solo = 7 metros na maioria dos casos.

Din = diâmetro do interior do FDD = 10, 30 ou 60 metros (dependendo do caso).

W (largura do FDD) = H = 5, 10, ou 20 metros, dependendo do caso.

H (altura do FDD) = 5, 10, ou 20 metros, dependendo do caso.

Hb = altura do cubo (centro) das lâminas.

Considerações:

O fluxo é constante, incompressível e turbulento.

A torre e as lâminas não estão incluídas no modelo.

As equações de Navier Stokes 3D com média de Reynolds foram usadas para modelar o fluxo. O perfil do vento é aproximado por:

u_in(y)=u_s ln(y^/zo) ln(J/z₀)

Onde U_a é a velocidade na altura de _d (no presente caso

U₅ =10—, δ = 10w, z_Q =0.01 ^s )·.

Uma intensidade de turbulência de 10% foi imposta na entrada.

O modelo numérico foi validado por teste de independência de rede, ordem de esquema de acuracidade e modelo de turbulência por comparação do aumento de velocidade relativo AU definido por:

^u~U_in

29/68 ao longo de três linhas no plano de simetria, (i) uma linha 10 metros a montante do centro do WDD, (ii) uma linha no centro do WDD e (iii) uma linha 10 metros a jusante do centro do WDD. Sendo u a velocidade calculada e U_in é a velocidade do vento imposta na entrada (uma função da altura). A conclusão é que uma rede fina (agrupada próxima ao WDD e o solo), acuracidade de segunda ordem, e o modelo SSKt serão empregados nas simulações produzidas.

O modelo: um dispositivo de deflexão de vento assimétrico (WDD) com um diâmetro interno Din, altura H e largura de base W (diâmetro da base = Din + 2W) a uma altura Hg sobre o solo. A turbina de vento simulada tem um diâmetro de lâmina de Db e altura do centro de Hb. A velocidade do vento é na direção Z e tem um perfil logarítmico (velocidade do vento é 10m/s a uma altura de 10 metros). Assim, o plano de simetria está em X=0.

A fim de avaliar o desempenho de WDDs de vários tamanhos e formas, o aumento relativo da componente Z da velocidade é comparado. É definido como ^U“ (in %), onde u é a velocidade calculada na presença do WDD e U_in é a velocidade imposta na entrada.

A potência de vento disponível P em um vento uniforme de velocidade ^r-é proporcional a ^K»., assim o aumento relativo da

ΔΡ — --potência disponível pode ser aproximado por onde ΔΖ7 q q aumento principal da velocidade relativa (calculado pela integração de

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ÁU sobre a área varrida pela lâminas da turbina de vento simulada), ΔΡ é o aumento da potência disponível do vento.

A figura 12 ilustra um típico gráfico de modelagem por computador resultante das trajetórias das partículas de ar ao redor de um FDD. As simulações de computador mostradas aqui confirmam as alegações desta patente de que melhoramentos substanciais na saída de energia podem ser obtidos ao usar FDDs para alterar o fluxo de fluido. Na figura 12, (36) é o WDD. (37) é posicionado sobre a área de velocidade mais alta das partículas de vento. (38) está na área seguinte de maior velocidade. Ao achar a área superior ao WDD onde a aceleração é a maior, ajustando a área varrida pelas lâminas, nós podemos quantificar o aumento da potência de saída e encontrar a melhor localização de WDD de certa forma e tamanho em relação as lâminas.

Este conceito é ilustrado na figura 13. A figura 13 é um esboço do conceito de áreas de maior velocidade afetando parte da área varrida pelas lâminas. (39) é a área varrida pelas lâminas. Estas são as áreas onde queremos que as maiores velocidades passem. Está claro que a mesma quantidade de velocidade aumentada está disponível para as áreas (40) e (41), será melhor se alcançarem área (41), pois terá um maior efeito na aceleração das lâminas. De modo geral, o efeito do FDD diminui quanto maior à distância do FDD, mas certas formas funcionam melhor para mover a energia cinética das partículas envolvidas no fluxo na área varrida.

Agora veremos como variar os parâmetros de um FDD afeta a saída de potência. Isto permite a alguém desenvolver medidas e algoritmos para diferentes opções de construção de um grande obstáculo (ou qualquer) FDD, a fim de lidar com preferências do

31/68 cliente, condições de terra ou mar, etc. Alguém pode também combinar tal algoritmo com uma entrada em função do tempo de um anemômetro, uma máquina que mede a velocidade e direção do vento, ou outro sensor de fluxo, para determinar se uma posição fixa ou limitada das lâminas, em combinação com um FDD curvado, resultará em maior potência de saída do que laminas móveis livres em conjunção com um FDD de 360 graus.

As tabelas abaixo mostram aumento de potência após computar a mudança de velocidade e considerando o fato de que a velocidade não afeta toda a área varrida pelas lâminas.

As figuras 14 e 15 são modelos de computador do efeito do diâmetro interno na velocidade do vento. A figura 14 mostra gráficos de distribuições de velocidade com diferentes diâmetros internos. Os pontos (42) a (46) mostram os pontos na escala usada, com (42) tendo o maior aumento de velocidade. Considerando que o vento vem da esquerda, note que o ponto (42) no diagrama superior do FDD (47) ocorre após o vento ter passado pelas lâminas. Seria possível a alguém não familiarizado com os métodos aqui usados, posicionar um FDD próximo a uma turbina de vento e concluir que não teve qualquer efeito positivo. Aumentar o FDD no diagrama inferior com FDD (48) permite as zonas de maiores velocidades serem posicionadas nas proximidades das lâminas.

A figura 15 mostra mais alguns exemplos deste princípio. Aqui também o ponto (42) indica a região da maior velocidade. No caso do FDD (49), o qual é maior do que as estruturas da figura 14, novamente a área de maiores velocidades não ocorre na proximidade das lâminas, mas no FDD (50), que tem um diâmetro interno maior, isto ocorre. As tabelas abaixo mostram valores

32/68 específicos de potências de saída para diferentes condições e mostram a importância de coordenar altura e largura, particularmente altura, com o diâmetro interno.

Efeito do diâmetro interno e altura

			Db = 60m	A =	80m
An (m)	W = 1	7(m)	Hb ~ 50m	Hb = 60m	Hb = 60m	Hb - 80m
10	10	2.0	1.6	1.6	0.9
30	10	4.8	5.0	4.7	3.1
30	21	3	21.7	9.8	8.6	7.6
60	2<	3	29.0	14.1	12.7	16.0
		Mesmo diâmetro da base, menor Din
			A	- 60m	A =	80m
An (m)	W(m)	#(m)	. Hb = 50m	Hb = 60m	Hb = 60m	Hb = 80m
20	15	10	5.2	4.0	4.0	2.7
20	15	20	13.0	• 7.1	4.4	5.5
10	20	10	4.4	3.2	3.4	1.9
10	20	20	0.1	6.6	2.7	4.0

é um modelo de computador do efeito da

A figura 16

WDD na velocidade do vento. Os pontos (42) e (44) representam as mesmas velocidades relativas que antes. O FDD (51) é côncavo na direção do fluxo, produzindo uma potência de saída muito menor do que o FDD (52) com uma forma cônica. Outros modelos mostram que uma forma convexa é ainda melhor. Aqui estão os dados comparando formas internas curvas e retas (cônicas).

Efeito da forma Din=3Q, 1/1/=/7=1 Om forma do

Db - 60m = 80m

Shape	Hb “ 50m	Hb = 60m	Hb = 60m	Hb - 80m
Contoured	4.8	5.0	4.7	3.1
Straight	6.0	5.1	5.1	3.3

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A configuração B2, com um Din=30, W=H=10, Db=80,Hb=80, com uma altura superior de 35 metros, propicia um aumento de potência de 5,1%.

A figura 17 é um modelo de computador do efeito do tamanho do FDD na velocidade do vento. O ponto (42), como anteriormente, representa a localização da maior velocidade. O FDD (53) é menor do que o FDD (54), a potência de saída é muito menor em (53) do que em (54). A seguinte tabela também mostra esta relação.

Efeito do tamanho, Din = 30.

	Db =	60m		80m
W = H(m)	Hb = 50m	Hb = 60m	Hb - 60m	Hb	= 80m
5	2.7	3.9	2.2		1.3
10	6.0	5.1	5.1		3.3
20	21.7	9.8	8.6		7.6

A figura 18 é um modelo de computador do efeito d ângulo de inclinação do FDD na velocidade do vento. Mais uma vez, o ponto (42) é o ponto de maior velocidade. Os FDDs mostrados estão em ordem de largura; diminuem de (55) para (56) para (57) Em (57) a potência de saída é a mais alta e melhor localizada próxima das lâminas porque tem o maior ângulo de inclinação. A tabela abaixo mostra que altura é mais importante do que largura.

Efeito da largura (Din = 30m; H =10m)

	A =	60m	Db =	80m
W	Hb = 50m	Hb - 60m	Hb - 60m	Hb = 80ni
5	8.5	5.8	6.3 '	3.0
10	6.0	5.1	5.1	3.3
20	7.3	6.0	6.1	3.9

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A seguinte tabela reúne um número de casos modelados e mostra os seguintes princípios:

A velocidade relativa aumenta conforme o tamanho do WDD aumenta.

Para W = H = 20 metros, o aumento da velocidade relativa na parte inferior das lâminas é maior do 10%, mas diminuição de velocidade pode ser observada próximo ao WDD (lâminas de menor diâmetro são recomendadas).

A forma cônica reta apresenta melhor desempenho do ίο que a forma curva.

Um ganho de até 30% pode ser antecipado na potência disponível de vento para um WDD muito grande.

	Db	= 80	Db =	60 .
Case	Djn	W	H	Hg	Hout	D0ut	Shape	Hb=6Q	27/,=80	Hb=5Q	27/,=60
3	10	10	10	7	150	200	Contoured	1.6	0.9	2.0	1.6
3a	30	10	10	7	150	200	Contoured Straight	4.7	3.1	4.8	5.0
4a	30	10	10	7	150	200	(conic) Straight	5.1	3.3	6.0	5.1
4b	30	5	10	7	150	200	(conic) Straight	6.3	3.0	8.5	5.8
4c	30	20	10	7	150	200	(conic) Straight	6.1	3.9	7.3	6.0
5a	30	5	5	7	150	200	(conic) Straight	2.2	1.3	2.7	3.9
6a	30	20	20	7	160	240	(conic) Straight	8.6	7.6	21.7	9.8
6b	60	20	20	7	160	280	(conic) Straight	12.7	16.0	29.0	14.1
7a	20	15	10	7	150	200	(conic) Straight	4.0	2.7	5.2	4.0
7b	20	15	20	7	150	200	(conic) Straight	4.4	5.5	13.0	7.1
8a	10	20	10	7	150	200	(conic) Straight	3.4	1.9	4.4	3.2
8b	10	20	20	7	150	200	(conic)	2.7	4.0	0.1	6.6

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	A, =30
Case Din W H HK Hout Dout Shape	A=30 A=40 A=50
Straight 7a 20 15 10 7 150 200 (conic) Straight 7b 20 15 20 7 150 200. (conic) Straight 8a 10 20 10 7 150 200 (conic) Straight 8b 10 20 20 7 150 200 (conic)	16.4 6.0 4.8 126.3 27.7 8.1 -3.8 5.3 4.0 0.0 0.0 7.6

Os números de saída na extrema direita indicam a porcentagem de aumento na potência disponível do WDD. Um algoritmo pode pesar os fatores envolvidos para obter um desenho otimizado para cada torre de vento e turbina. Por exemplo, altura e diâmetro interior aumentados são previsores mais consistentes do aumento da potência do vento do que o aumento da largura e da altura do centro da turbina de vento. Uma vez que alguns resultados com variáveis mudando, tal como largura, podem na realidade resultar em diminuição do fluxo, o método adequado é determinar as medidas e espaço disponível para cada instalação e tipo de máquina, preparar uma otimização personalizada e idealmente primeiro checar altura e Din e depois os outros parâmetros. Largura seria usualmente a próxima variável para os parâmetros do WDD.

O dispositivo WDD externo idealmente consiste de uma cobertura de ligação e outras estruturas ou lonas para completar a forma desejada. A figura 19 é uma ilustração de métodos de construção de um WDD externo usando uma armação (58) com lonas em uma forma de domo, ou uma armação conformada de modo mais cônico ligada ao solo (60) e lonas (59).

Vamos olhar os número de um dispositivo de deflexão de vento assimétrico (WDD), composto de duas partes, como na

36/68 figura 7 - uma parte cilíndrica de altura Hg e uma parte cônica com altura Η. O WDD tem uma abertura interna cilíndrica de diâmetro Din. A máxima largura do WDD é W, de modo que o diâmetro da base é então = Din + 2W. A turbina de vento simulada está ao longo da direção do eixo Z, tem um diâmetro de lâmina de Db e uma altura do cento de Wb. A velocidade do vento está ao longo da direção do eixo Z e tem um perfil logarítmico (velocidade do vento é 10 m/s a uma altura de 10m). Então, o plano de simetria está em X=0.

Três configurações tem sido testadas. Configuração A (28) tem uma superfície lateral reta, enquanto configuração B tem uma superfície lateral convexa. Configuração B1 (29) tem maior declividade na parte interna do WDD, enquanto configuração B2 tem menor declividade e então o vento na parte superior do WDD é dirigido mais horizontalmente.

Os detalhes da turbina de vento modelada abaixo são: Modelo ta turbina - FLODA 600.

Altura das lâminas em seu ponto mais baixo com relação ao solo: 12 m.

Altura da torre: 30 m.

Diâmetro das lâminas: 36 m.

Diâmetro da torre: 2,5 m.

Distância da torre de vento das lâminas (horizontalmente): 1,5 m.

Nas presentes simulações, Hg = 0,5 ou 3 m e várias combinações de Din, H e W foram consideradas para a configuração A. Uma vez que a torre é 2,5 m em diâmetro e as lâminas estão a 1.25 m da mesma, as lâminas estão à distância de X = -2.75 m do centro da torre.

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Se aumentos maiores de potência são requeridos, Din deveria ser aumentado e/ ou a forma do WDD deveria ser otimizada. Duas formas convexas do WDD foram consideradas nos casos 6- 8. Nestes casos (para as formas consideradas), o aumento de potência estimado é mais de 14% - veja tabela 2.

Estimativa do aumento relativo de potência disponível do vento (configuração A).

Case		Din	W	H	X=-2.75m	X=0m	X=2m	X=3m
1	3	16	7	7	8.9	9.8	9.9	9.9
2 ’	3	20	7	7	10.7	11.3	11.3	11.2
3	0.5	20	7	5.5	7.3	7.8	7.7	0.0
4	0.5	20	7	7	9.9	10.5	10.4	0.0
5	0.5	20	10	10	10.0	10.1	9.9	9.7

Estimativa do aumento relativo de potência disponível do vento (configuração B).

Case Configuration D_in W H X=-2.75m X=0m X=2m X=3m

6	BI	3	16	7	5	8.9	9.2	9.1	9.0
7	BI	3	20	7	7	14.2	14.6	14.5	14.2
8	B2	3	20	7	8	14.5	15.1	14.9	14.7
	Note	que	potência	de	saída	parece,	pelos	dados

limitados mostrado aqui, parcialmente relacionada à área interior total. No caso 1, 7X16 é 0,8 do 7X20 do caso 2, a potência de saída do caso 1 é aproximadamente 0.8 do caso 2.

Agora procederemos a uma discussão de um WDD de donut interno, que é basicamente um WDD de circulação, visto que pode ser bem menor, mas exerce um poderoso efeito local no componente de captura de energia da turbina, usualmente lâminas no caso de uma turbina de vento, sendo que pode ser qualquer outro dispositivo, bastante fora de proporção para seu tamanho.

Figura 20 é uma ilustração de um FDD interno (64) adicionado a uma armação de FDD externo (63) e mostra uma

38/68 concretização do relacionamento mútuo de ambos. Mostra que um WDD pode ter uma forma adicional, tal como um aerofólio, para desviar mais vento a alta velocidade para as lâminas. Um conceito preferido é ter dois WDDs: idealmente, um maior para acelerar uma maior quantidade de fluxo e um menor que aumenta de modo mais preciso o fluxo, sendo que podem também ser usados de modo independente. O FDD interno de circulação será posicionado funcionalmente adjacente às lâminas (61), usualmente inferior e periférico horizontalmente as mesmas, envolvendo a estrutura suporte central (62). O donut interno adicional pode ser ligado diretamente a torre de vento ou a estrutura suporte do WDD adjacente ao mesmo (66), ou a ambos. Qualquer que sejam os suportes para o FDD interno adicional usados, deve-se manter um espaço de ar entre os mesmos (65).

Quaisquer das formas discutidas podem é claro ser aplicadas em turbinas na água. A porcentagem de aumento de potência pode ser mais alta, pois o fluxo já é turbulento e mais lento.

A figura 21 é uma ilustração 3D de um FDD interno. Este donut pode também ser uma estrutura interrompida ou parcialmente interrompida, tal como no ponto (68), para permitir sobrevivência em altos ventos. Pode também ter mecanismos de liberação de pressão, ou ser uma forma incompleta que é parcialmente oca, ou um perfil.

A figura 22 é uma ilustração de um FDD interno conformado como aerofólio. (69) mostra como o donut interno parecería se tivesse uma forma de aerofólio no ângulo de ataque.

O FDD interno foi modelado usando técnicas similares as usadas no FDD externo.

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Um dispositivo de deflexão de vento (WDD) com simetria axial, com um diâmetro (entre pontos opostos do bordo de ataque) de Din, é usado para defletir vento. Vários tipos de seção transversal tem sido considerados a fim de definir parâmetros do donut interno: um aerofólio NACA 4424, um aerofólio NACA 4448 (cuja espessura é o dobro do aerofólio NACA 4424), um cilindro circular, um segmento de um quarto de cilindro circular, e formas de perfis. A extensão (corda ou diâmetro) de todas as seções transversais, a menos que dito de outra maneira, é um metro, com exceção do quarto de cilindro circular que tem uma corda de 0.5 m.

A figura 23 é um modelo de computador do efeito da forma do donut interno na velocidade do vento e mostra um WDD com uma seção transversal NACA 4424 (71). A corda do aerofólio está com um ângulo de 30 graus com o solo (horizonte). O ângulo de ataque é 30°. O WDD está a uma altura Hg sobre o solo. A turbina de vento simulada tem um diâmetro de lâmina Db = 15 metros (50’), altura do centro HB = 25.09 metros (82’) e o centro da turbina está a uma distância de 2.45 metros do centro da torre ( o qual está em X=Z=0). O plano de simetria está em X=0. A velocidade do vento é ao longo da direção Z e tem um perfil logarítmico (velocidade do vento = 10 m/s a uma altura de 10 metros). A área de velocidade mais alta é mostrada pelo ponto (70).

Para visualizar diferentes meios de construir o FDD interno, veja as figuras 24 - 27.Figura 24 é uma ilustração 3D dos donuts interno (4) e externo (3) sem especificar o mecanismo de ligação. Figura 25 é uma ilustração do FDD interno (72) não conectado a torre (73). Ao invés, uma viga (74) vai do FDD interno até o FDD externo (75) ou para o solo. Figura 26 é uma ilustração de um

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FDD interno (76) ligado a torre (78) por ao menos uma viga (77). Figura 27 é uma ilustração de um FDD interno (80) ligado por viga (81) tanto a torre (79) como a estrutura circundante, seja esta o FDD externo ou o solo.

Três casos com uma seção transversal NACA 4424 foram simulados: (A1) Din= 10m, (A2) Din=6m, (A3) Din=5.3m. Adicionalmente, um caso com uma seção transversal NACA 4448 (duas vezes mais grossa) foi modelado com um ângulo de ataque de 10° (A4), 20° (A5), 30° (A6) e 40° (A7). O último caso foi ainda resolvido para um comprimento de corda de c=2m (ao invés da corda de 1m dos casos anteriores). No caso A7 a máxima espessura foi 0.96m, enquanto no caso A7b a máxima espessura foi de 0.48m, como nos casos A4 a A7. Em todos os casos a altura da parte interna Hg é 15.5 metros e a altura máxima do WDD é aproximadamente 16,05 metros. Adicionalmente, dois casos de seção transversal circular com diâmetro 1 metro são também modelados para Din=6m e 7m (A8 e A8a, respectivamente) e dois casos com um quarto de cilindro circular com Din=6m e 7m (A9 e A9a, respectivamente).

A fim de avaliar o desempenho de WDDs de diferentes tamanhos e formas, o aumento da componente de velocidade relativa em Z é comparado. É definido como (em %), em que u é a velocidade calculada na presença do WDD e U_in é a velocidade do vento imposta na entrada.

A potência de vento disponível P em um vento uniforme de velocidade ^»é proporcional a , e deste modo o aumento relativo na potência de vento disponível pode ser aproximado por

41/68 ^ρ ’, onde &U é ο aumento relativo de velocidade principal (calculado pela integração de ΔΙΙ sobre a área varrida pelas lâminas das turbinas de vento simuladas), ΔΡ é o aumento da potência disponível de vento.

A tabela abaixo apresenta o aumento relativo da potência do vento (%) para vários casos e para várias distâncias a montante do centro da torre, embora as lâminas estejam a uma distância de 2,45 m. Obviamente, existe um diâmetro ótimo do WDD para esta turbina (Din aprox. 6m). A seção transversal ótima (entre as configurações testadas) é o aerofólio NACA 4448 com um ângulo de 40° e um Din de ao menos 6. Variar para Din=10 metros pode causar zonas de mais altas velocidades e saídas de potência, mas o truque é fazê-las ocorrer na localização das lâminas. A seção transversal cilindro circular (caso A8) gera menos ganho, enquanto a um quarto de cilindro é a pior. A razão e que a seção transversal cilindro circular resulta em maior distúrbio local a velocidade axial do que seção transversal aerofólio. Ainda, parece que seções transversais com uma borda a jusante abrupta, como um quarto de cilindro (caso A9), deveríam ser evitadas. Note que vários casos de perfis foram modelados. Estruturas em perfil serão discutidas em mais detalhes mais tarde, mas aqui parece que oferecem aproximadamente o mesmo desempenho somente quando distâncias ótimas são comparadas, mas parece requerer diâmetros internos maiores, o que pode ser uma desvantagem em muitas situações. Note que aumentar o tamanho e o Din simultaneamente resulta em um desempenho bastante respeitável no caso A7c.

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Aumento de potência relativa disponível do vento (%) estimado para turbinas E15 com WDD de seção transversal aerofólio.

Z = 0 é o centro da torre e o centro da lâmina da turbina está em

Z = -2.45 metros.

Case	A» (m)	O » ·	z (m)~ -2.8	-2.6	-2.45	-2.4	-2.2
Al (NACA 4424)	10	30'	2.9	2.7	2.6	2.6	2.5
A2 (NACA 4424)	6	30	2.5	2.8	2.9	3.0	3.1
A2a (NACA 4424) , c=2*	6	40	2.8	3.1	3.2	3.3	3.5
A3 (NACA 4424)	5.4	30	2.0	2.3	2.5	2.5	2.7
A3a (NACA 4424)	10	40	4.7	4.6	4.5	4.5	4.3
A4 (NACA 4448)	6	10	3.0	3.2	3.1	3.1	2.9
A5 (NACA 4448)	6	20	3.4	3.6	3.5	3.5	3.4
A6 (NACA 4448)	6	30	3.5	3.7	3.7	3.7	3.6
A7 (NACA 4448)	6	40	3.6	3.8	3.8	3.8	3.9
A7a (NACA 4448), c=2**	6	40	1.5	2.2	2.6	2.6	2.7
A7b (NACA 4448)	10	40	4.4	4.2	4.0	4.0	3.7
A7c (NACA 4448), c=2**	10	40	11.1	11.0	10.9	10.8	10.7
A8 (circular)	6	—	1.5	2.0	2.3	2.4	2.4
A8a (circular)	7	—	2.7	2.6	2.5	2.4	2.2
A9 (1/4-circuIar)	6	—	1.0	1.3	1.5	1.6	1.8
A9a (1/4-circular)	7	—	1.7	1.9	2.0	2.0	2.0
A10 (outline)	6	0	0.9	1.2	1.3	1.3	1.5
All (outline)	6	0	2.3	2.5	2.7	2.7	2.7
Allc (outline)	6	30	2.8	3.1	3.3	3.3	3.4
A12 (outline NACA4448)	6	30	2.9	3.2	3.4	3.4	3.6

Case	Din (m)	O	Z (m)= -5.75	-5.5	-5.25	-5	-4.75	-4.5
Al (NACA 4424)	10	30	3.9	4.5	4.8	4.9	4.9	4.7

A seguinte tabela apresenta as forças de arraste e de elevação sobre o WDD, assim como o momento sobre o ponto central da torre no chão.

	Case	Drag (Kg)	Lift (Kg)	Moment* (Kg-m)
	Al	51	63	1162
	A2	35	28	710
	A3	23	5	441
	A4	9	20	164
	A5	23	53	274
	A6	23	40	411
	A7	29	32	513
	A8	12	0	186
10	A9	25	-26	394

43/68 *relativo ao centro da torre no chão.

A figura 28 é um modelo de computador do efeito de uma esfera (83) na velocidade do vento. O ponto (82) é a área de velocidade mais alta superior a esfera. Como mostrado, metade da energia cinética é enviada para baixo da esfera, onde é desperdiçada. Figura 29 é um gráfico de velocidade comparando uma lâmina (85) e uma esfera (84) para ilustrar o mesmo ponto.

Figura 30 é um modelo de computador do efeito de uma forma de quarto de esfera (87) sobre a velocidade do vento. (86) indica a área de maior velocidade. Note que a área abaixo do quarto de esfera (86a) causa maior aceleração que a área acima (86). Este fato leva a considerar o efeito de FDDs de perfil sem volume. Ao fazêlo podemos também ver que a estrutura não necessariamente tem que ter volume a fim de ser um FDD útil.

A figura 31 ilustra dois casos de FDD contornante. Estes consistem de três partes. (88) é o arco, (89) é a linha reta conectada a uma extremidade do arco e (90) é o espaço aberto que formam entre si. O ponto (90) é útil em relação a direcionalidade de tal estrutura “meia lâmina”.

A figura 32 é um modelo de computador do efeito da forma contornante de meia lâmina espessa na velocidade do vento. (91) é o ponto de velocidade mais alta; (92) é o ponto de velocidade menor porém aumentada. Note que a face aberta causa velocidades maiores do que o espaço fechado, quando se compara 91b a 91a e 92b a 92a. Note quão longe o aumento moderado de velocidade se estende com 92b.

Figura 33 é um FDD de grande estrutura contornante. Mostra como um estrutura envolvente pode ser aplicada de forma

44/68 bem sucedida a um FDD também grande. (93) é a torre de vento. O vento direcionado a mesma passa a estrutura (94). Se forma um anel ao redor da torre, em sua concretização ideal, a estrutura (95) deveria ser parte do mesmo sistema. Não necessitam estar fisicamente conectados, mas idealmente estão. Uma seção (96) é inserida no solo. Idealmente, (96) é descontínua. Uma seção acima da mesma (98) se inclina em direção a torre de vento. Uma seção (97), paralela a superfície da terra, estende-se em direção a torre de vento e completa o perfil, atuando como barreira ao ar viajando sob o FDD.

Figura 34 é uma vista superior de uma torre de vento e FDDs. Ilustra que FDDs para grandes ventos ou outras fontes de fluxo podem ser anéis parciais que encerram a estrutura suporte e o equipamento de captura de energia; anéis que não necessitam ser circulares. Parte (99) é um exemplo de uma torre de vento - ou qualquer outra estrutura suportando qualquer tipo de máquina de captura de energia. Parte (100) é um FDD em uma configuração não circular na direção do eixo Z, que altera o fluxo para a máquina conectada a (99). Consideramos por uma questão de terminologia que “envolve” a estrutura de captura de energia e está em um eixo Y como se estivesse curvado, uma vez que pode cercar a torre em um padrão aproximadamente não circular. Neste sentido, é um anel, mas esta patente algumas vezes se refere ao mesmo como “não-anel”. Parte (102) é um anel parcial que altera o fluxo para a área da parte (101). Alguém pode remover a parte (99) do contexto e ter um ou mais FDDs de várias formas provendo fluxo a (101). A aplicação prática poderia ser em diferentes localizações do local real disponível para posicionar os FDDs, em que o vento ou corrente poderíam vir

45/68 consistentemente de uma única direção de modo que um anel completo não seja necessário.

Figura 35 ilustra o caso 7b para uma grande turbina de vento. A parte (103) é a torre de vento. A parte (104) representa as lâminas conectadas ao cubo (105) sobre a torre. Parte (106) é um grande FDD obstáculo. (107) mostra a área da área varrida pelas lâminas que a parte (106) bloqueia. Este conceito necessita de reconsiderações. Ordinariamente, alguém não deseja bloquear o fluxo de fluido para o componente de captura de energia, mas um bloqueio parcial usando esta configuração resulta em um maior aumento de velocidade sendo direcionado para a área varrida, como ilustrado na figura 13 e partes (39, 40, 41). Na figura 35 vemos que a área de fundo das lâminas está a 15 metros do solo. O FDD inicia a 7 metros de altura e se eleva mais 20 metros, de modo que a área do diâmetro das lâminas que é bloqueada é 12 de 30 metros, ainda assim o aumento de potência decorrente de fazer deste modo é superior a 100%, pois direciona o fluxo ao mais vantajoso meio da área da lâmina.

Figura 36 ilustra uma vista superior de um FDD que é basicamente retangular. Esta é uma concretização; o ponto é que é não circular. Este pode ser mais fácil e barato de construir e deveria operar quase tão bem como um anel circular completo, particularmente se o arranjo é poliédrico. (107) e (110) representam um lado do FDD, (109) e (111) representam o outro lado. (108), (112) e (113) representam o espaço triangular que necessita ser preenchido para ligar os FDDs em cada lado. (108) não necessita ser curvo. A figura ilustra uma forma de lâmina, mas tal forma não é requerida.

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A diferença entre grandes WDDs e os tipo pequeno aerofólio é que os grandes fazem o trabalho de obstruir o fluxo (diminuindo a área do fluxo de rede), enquanto os pequenos donuts alteram a velocidade do fluxo mais localmente. Conseqüentemente, para os grandes WDDs a exata localização das lâminas é muito menos importante do que para um pequeno (efeito local) WDD. Mais ainda, o efeito dos grandes WDDs depende tremendamente do tamanho dos mesmos, enquanto o tamanho de um pequeno WDD é de menor importância (porém o diâmetro é importante).

O método para determinar a forma de um WDD externo em forma de donuts para qualquer turbina em particular inclui fazer qualquer das seguintes questões, a fim de determinar a melhor forma para o FDD.

Questões para a avaliação da otimização de turbinas de vento: Favor especificar unidades (tal como metros) nas respostas para total clareza.

Geral:

Número do Kilowatts produzidos por ano pela turbina:

Velocidade média do vento ao longo do ano:

Qual a porcentagem do tempo o vento vem apenas de uma direção?

Qual o custo de revenda local da eletricidade por kilowatt/hora? Turbina:

Marca e modelo:

É fixa em uma direção ou gira com o vento?

Diâmetro da lâmina:

Distância do solo do ponto mais baixo da lâmina:

Altura do centro da turbina do solo:

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Largura das lâminas:

Diâmetro da torre de vento (se é uma torre de aço treliçada, quantas pernas tem, qual o espaço entre as mesmas, especificidades do posicionamento das barras verticais e horizontais da base ao topo - uma fotografia seria boa, exata espessura das barras):

O diâmetro da torre de vento varia em diferentes pontos ao longo da torre? Se acontece, como?

Distância da borda externa da torre de vento a borda interna das lâminas, distância horizontal:

Existe algum objeto essencial ou estradas dentro de raio de 50 metros da turbina?(se assim for, tentar especificar ou diagrama) Qual é o ambiente geográfico da turbina? Está em uma área plana ou no topo de uma colina?Se está no topo de uma colina, qual a declividade da mesma em cada lado e por qual distância?

Favor proporcionar informação de contato do fabricante e do representante de vendas/ serviços do mesmo:

O próximo passo após isto é determinar a melhor forma do WDD de acordo com a altura e largura desejada pelo cliente, proporcionando ao mesmo uma estimativa do retorno do investimento para as diferentes opções. Parte do método envolve avaliar o layout da terra circundante para ver, por exemplo, áreas adicionais de altura são possíveis abaixo das lâminas se a turbina está no topo de uma colina. O método de requerer a direção de vento é o método de determinar se é vantajoso para o cliente fixar a direção da turbina, construindo uma turbina parcialmente envolvida no lugar de um donut.

Turbina Envolvida

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Temos visto os efeitos dos FDDs com eixos em ângulos retos para o fluxo em um turbina. Claramente, seria mais eficiente cercar um turbina com FDDs. A estrutura circundando uma série de propulsores é referida na presente invenção como um anel circundante, mesmo se for parcial. Usaremos o termo “cobertura” ocasionalmente nas reivindicações para estender algumas invenções para o uso em coberturas, mas desejamos enfatizar que difere das coberturas previamente descritas. A discussão seguinte tende a ser mais aplicável em pequenas turbinas como um problema de engenharia prática, mas não é a intenção excluir as grandes turbinas desta abordagem.

Figura 37 mostra as partes de um pequeno FDD de vento cercado por um “anel circundante”. Novamente, o vento é usado como uma ilustração; qualquer tipo de fluido é igualmente aplicável. Parte (117) representa o bordo de ataque, (116) o interior, e (115) o bordo de fuga, usualmente exterior a presente invenção. Este arranjo exclui Tubos de Venturi e coletores de fluxo, nos quais os papéis de (117) e (115) são invertidos. Mesmo outras invenções com uma forma de lâmina incluída são basicamente longos coletores e difusores. Operam com uma simples aplicação do Princípio de Bernoulli para concentrar o fluxo de fluido e conseqüentemente a velocidade. Nosso conceito é muito diferente. Ao apresentar uma superfície circulatória ao fluido entrando, requeremos apenas uma pequena estrutura aerodinâmica. Parte (118) representa uma concretização da presente invenção: pequenos pontos ocos de liberação dentro do anel circundante para difundir o alto diferencial de pressão no caso de fortes ventos.

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Figura 38 mostra um meio de construir os locais de liberação para uma turbina de vento ou outra requerendo liberação de alta pressão. (119) são as lâminas. (120) são as partes do anel circundante. Interrupções parciais (121) em suas conexões permitem liberação do ar. Nos referimos a isto como uma forma parcialmente interrompida ou lâmina ou lâmina circundante. Isto é único da presente invenção. O conceito pode ser também aplicado aos anéis descritos antes de cercarem as estruturas suporte das turbinas. Partes (122) são localizações em que as partes do anel circundante são conectadas.

Figura 39 mostra a construção do anel circundante de uma pequena turbina de vento. É claro que o desenho pode variar por muitas razões, particularmente se a máquina não necessita girar. Um exemplo disto seria o posicionamento de uma máquina feita para a água em uma corrente fluindo sempre na mesma direção. (123) são as lâminas, (124) a nacela ou gerador e (125) represente uma torre de vento ou outra estrutura suporte. Uma gaiola (126) ou conjunto de arames ou outra estrutura é conectada em um lado a nacela ou gerador e no outro lado (130) ao anel circundante do FDD (127). Uma gaiola na frente protege criaturas vivas das lâminas e reforça o fluxo turbulento. Particularmente se a torre é lisa, uma ligação (128) a torre pode ter uma conexão (129) a gaiola ou FDD (126, 127, 130, dependendo da localização) e ajudar a estabilizar o FDD e a gaiola. Figura 39 não é desenhada de acordo com as dimensões recomendadas, visando mostrar as estruturas.

Figura 40 mostra um FDD central em uma pequena turbina de vento com um anel circundante (133). Parte (131) é o FDD central localizado no eixo X anterior ao cubo. Cobre somente a parte

50/68 central das lâminas (134) antes que alarguem e dobrem. Pode ser conectado tanto ao cubo (135) como a gaiola (132).

Figura 41 é um desenho de um propulsor duplo. A idéia é baseada no fato de que cada conjunto de propulsores tem uma máxima energia teórica (67% de acordo com a Lei de Betz) e prática que pode capturar. O problema de localizar um conjunto de propulsores próximos um ao outro são os vórtices e fluxo irregular criado pelas lâminas. O conceito aqui, idealmente para uso em situações em que pequenas turbinas sejam empregadas, e existe espaço adequado, é obter máxima potência das lâminas iniciais das turbinas (138) usando um anel circundante (136) como discutido, e então usar um segundo anel circundante do FDD (137) e um segundo conjunto de lâminas (139), mais distante ao longo do eixo X e mais interior a área varrida pelo primeiro conjunto de lâminas, para capturar mais energia. Um dos conceitos é usar o segundo anel circundante do FDD para melhorar o fluxo, que de outro modo seria agitado, para o segundo conjunto de lâminas. Parte (140) é uma concretização da gaiola que permite fluxo de ar ao redor do primeiro FDD. A parte de (140) levando ao segundo conjunto de lâminas (139) poderia ser um tubo coletor com paredes sólidas. O arranjo de turbina dupla tem mais probabilidade de ser mais útil em situações de espaço limitado, como em projetos de vento de telhados de residências, em que o vento consistentemente vem de uma única direção.

Figura 42 é uma ilustração da geometria de um aerofólio inclinado em um anel circundante. Ele tem idealmente um ângulo de ataque (141). O bordo de ataque (142) do aerofólio confronta inferiormente todos os lados. (143) é a posição mais interior da lâmina. O diâmetro do interior da lâmina é Db (diâmetro das lâminas)

51/68 mais duas vezes Sp (a distância das lâminas ao anel circundante) em cada lado; a ilustração mostra o raio de Db/2 mais Sp. Na maioria dos casos para lâminas de 2,5 metros de diâmetro, o Sp é 2,5 centímetros. Esta é uma boa escolha para o modelo porque permite algum espaço para dobramento de estruturas, particularmente em ventos fortes, sem que as lâminas arranhem o anel circundante. Na maioria dos casos de lâminas de 10 metros de diâmetro, usamos um Sp de 5 centímetros. Os diagramas de fluxo mostram que quanto mais próximas as lâminas do anel circundante melhor.

Figura 43 é um diagrama de fluxo de fluxo laminar e turbulento. O diagrama mostra que a área de alta velocidade para o fluxo laminar (144) é menor do que a área de alta velocidade do fluxo turbulento (145).

Figura 44 é um diagrama de um método para reforçar o fluxo turbulento. (146) é uma lâmina ou outro FDD. Simplesmente ligando um fio (147) ao interior reforça a turbulência e aumenta o ganho de potência. O reforço do fluxo turbulento é conhecido em outros contextos, mas na presente invenção o conceito foi aplicado a turbinas de captura de energia. Propomos como a melhor concretização o uso de uma gaiola anterior de arame fino para simultaneamente satisfazer a função de proteção de seres vivos.

A figura 45 é uma ilustração de dois modelos de lâminas envolventes. Baseiam-se no conceito de empregar formas incompletas e, idealmente, lâminas incompletas e fim de direcionar mais velocidade em direção a turbina. A figura 43 mostra que existem áreas substanciais de fluxo de alta velocidade fora do anel circundante, nas áreas superiores da figura acima das lâminas. Criar uma irregularidade na forma ou lâmina no lado distante da área de

52/68 captura de energia da turbina favorece o fluxo em direção da turbina. A forma incompleta pode ser obtida de várias maneiras: quebra de superfície, concavidade, uso de uma estrutura envolvente, etc. Favorecemos estruturas envolventes devido a seu baixo custo e efetividade obtida. A presente invenção é a primeira a utilizar este conceito em captura de energia. A figura 45 mostra dois modelos envolventes particularmente bem sucedidos. A estrutura (148) é nomeada “lâmina Farb” como uma aplicação específica do conceito. A sua característica principal é uma forma de superfície que é completa nos dois lados confrontantes a área de captura de energia e que continua, pelo menos até certo grau, na direção da face externa da estrutura sem completar a estrutura. O modelo mostrado, referido como F no modelo matemático que segue, mostra o bordo de ataque (150) fazendo uma volta suave em (151) e continuando suavemente na direção de face frontal (152) e circundando suavemente o canto (153) e parando no ponto (154). A forma mostrada é basicamente um aerofólio NACA 4448 incompleto, mas o conceito pode ser aplicado a qualquer tipo de lâmina. (155) é o espaço interno oco e é basicamente neutro. Idealmente a área entre (153) e (154) é muito pequena em proporção a extensão da corda da lâmina, menos de 10%, mas uma extensão de (153)-(154) é compatível com a invenção.

A estrutura (149) é um aerofólio NACA 4448 incompleto que inicia no bordo de ataque (156) e acaba no ponto (157), antes de fazer a volta de retorno para o bordo de ataque.

Dados que serão posteriormente apresentados mostram que a estrutura envolvente (149) é extremamente efetiva a uma pequena distância, mais do que um aerofólio completo, enquanto a

53/68 estrutura (148) é extremamente efetiva em maiores distâncias da estrutura.

A figura 46 é uma ilustração de variantes da lâmina Farb. A estrutura (158), orientada com a máquina de captura de energia para o topo, é opcionalmente sólida. A parte (159) é a configuração já mostrada. A parte (160) faz uma interrupção na estrutura lisa da lâmina e, então, (161) preenche o restante. Idealmente uma lâmina Farb pode usar qualquer forma ou lâmina que tenha ambos, uma curvatura no interior da estrutura (163) e o exterior (166) como na estrutura (162). A parte (164) é referida como “a face” e (165) como “o gancho”. Podem existir situações, como em uma aeronave, em que a lâmina Farb podería ter uma forma diferente em vôo ao, por exemplo, manter o lado (167) basicamente igual a (163) e diminuir a espessura da face em empurrar para baixo o ponto (168) e mover o gancho para a frente em direção ao ponto (169). Para uso em aeronaves, a parte (163) seria referida como a curvatura superior e localização (166) como a curvatura inferior. Uma lâmina Farb como mostrada nas estruturas (158) e (162) desenvolve excelente aceleração vertical e poderia ser usada em aeronaves que requerem menos espaço de decolagem. Mudar a forma da asa durante o vôo que poderia ser realizado de muitas maneiras - permitiría também adaptação a um vôo mais horizontal.

A figura (147) é uma ilustração de dois diagramas de fluxo de lâminas envolventes. Ambos se estendem somente do bordo de ataque até a face da lâmina. A estrutura (170), que vimos anteriormente como a estrutura (149), trabalha bem como uma face completa ou quase completa, e não tão bem como uma forma que contém pouco da face (171). A lâmina envolvente face completa é

54/68 muito bem sucedida em criar uma área de fluxo de alta velocidade (172) imediatamente adjacente a sua face interior. A área equivalente (173) para a estrutura (171) é muito menor.

Figura 48 é um diagrama de fluxo de uma lâmina Farb. Mostra como o gancho (174) ajuda a direcionar o fluxo ao longo da face (175) para uma área maior de alta velocidade do ponto (176) ao (177) que é mais verticalmente concentrada que a estrutura (170), a qual tem um fluxo máximo mais concentrado horizontalmente. Isto mostra por que a lâmina Farb é melhor para direcionar as partículas de fluido em grandes turbinas e para vôo mais vertical.

Figura 49 é um diagrama de lâminas de turbinas adaptadas a presente invenção. O aumento da potência de saída pelo uso dos anéis envolventes da invenção é bastante grande e um diferente desenho de lâmina deveria tomar mais partido da nova situação. Uma vez que o maior aumento de velocidade ocorre na periferia das lâminas, elas deveríam ser alargadas e achatadas na periferia. A parte (178) é o cubo da lâmina e a parte (181) é a linha central da lâmina. As lâminas se inclinam para fora, idealmente para cada lado, ao longo dos lados (179) e (180) de forma que a periferia (182) é muito mais larga. Isto aproveita a distribuição variável de velocidade devida ao FDD. Um método de fabricar a turbina é ajustar a forma da lâmina de acordo com a distribuição de velocidade causada pelo FDD.

Uma vez que o aumento de velocidade axial é tão grande próximo às pontas nesta situação, o desenho ideal das lâminas deveria torcer as pontas de modo que a porção mais externa esteja próxima a um ângulo de 90 graus da velocidade axial e a porção mais interna esteja próxima de 0 graus. Outro método para

55/68 ajustar a forma das lâminas seria tomar a taxa do rotacional a velocidade axial em cada ponto e planejar a dobra das lâminas de acordo.

A figura 50 é um diagrama de lâminas com adaptações a um anel circundante. Como turbinas de grandes tamanhos são usadas com FDDs, o risco de colisões entra as lâminas e os FDDs aumenta. Adicionalmente, cada centímetro que as lâminas podem chegar mais próximas da região de alta velocidade próxima ao FDD gera um significante impacto na potência capturada. A figura 50 mostra alguns meios de lidar com este problema. Parte (183) é o FDD como um anel circundante. A lâmina Um (184) mostra como um objeto deslizante, como um rolamento de esferas (187), na extremidade da lâmina pode seguir um trilho (189) no anel circundante. Um rolamento de esferas parcialmente embutido (188) funcionaria melhor. O exemplo da lâmina Um provavelmente causaria mais interferência dinâmica no fluido que a lâmina Dois (185), em que a lâmina provê o trilho (190) e o meio deslizante tal com um rolamento de esferas (191) está no anel circundante. A lâmina Três (186) proporciona outra alternativa mais elegante. Conjuntos de magnetos nas lâminas (192) e no anel circundante (193) podem impedir colisões. Adicionalmente, espiras no anel circundante (193) poderíam permitir produção de eletricidade neste ponto.

A figura 51 é um modelo de uma montagem de uma pequena turbina de vento. Representa uma concretização. Uma vez que a presente invenção é tão bem sucedida em criar velocidades, aumenta o perigo de ventos fortes, particularmente furacões e tufões. Deste modo, mecanismos de liberação de pressão, tais como os já descritos, podem ser cruciais. Uma alternativa é fazer torres de vento

56/68 que possam ser facilmente abaixadas e levantadas. A base (194) da torre conterá extras opcionais para a instalação, tais como uma opção de múltiplos pontos de conexão para estabilidade melhorada, uma escolha de roscas de média profundidade que podem ser instalados no solo ou telhado usando uma pá, furadeira e concreto, uma placa com parafusos, sucção e assim por diante. Cada opção vem com uma opção adicional de uma superfície horizontal estendendo das pernas da base. Esta superfície proporcionará espaço para pesos, rochas para estabilizar mais a instalação da pequena turbina de vento. A base (194) é conectada a uma primeira coluna (195) que suporta o resto da turbina. A base tem extensores adicionais (196) que podem engatar em diferentes comprimentos. Todas as partes da base tem aberturas (198) para inserção de parafusos em intervalos regulares, sendo que os extensores engatam em uma base externa (197) que se espalha a base sobra uma área maior e tem parafusos (198). Para instalações no exterior, a base externa tem a opção de roscas (199) que entram na terra e podem ser fixadas com cimento. A base externa pode ser de vários tamanhos. O método preferido é posicionar pesos sobre o conjunto para proporcionar estabilidade. A plataforma tem meios de elevação (200) conectados a uma segunda plataforma (201), que segura a turbina (203) e sua gaiola. Conforme a turbina é içada em posição, tem meios para travar no ponto correto e ser liberada se necessário. Cada plataforma tem meios (204) para levantamento da plataforma para obter maior elevação.

Figura 52 é um diagrama de uma torre de vento (205) conectada a uma bomba hidráulica (209). Uma junta (208) possibilita a estrutura superior (206) ser rapidamente levantada e baixada em relação a estrutura inferior (207).

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Figura 53 ilustra uma torre de vento retrátil. (210) é uma máquina de energia conectada a torre (211), a qual pode descer em um tubo oco (212) (ou uma torre oca ao redor de um tubo sólido) que pode ter meios (213) para afrouxar a apertar. Podem existir suportes laterais opcionais (214) para a estrutura.

Figura 54 é um modelo 3D de uma cascata de FDDs interna (215). Descobrimos que um grupo de estruturas que usam aerofólios e são separadas tanto verticalmente como horizontalmente não trabalham melhor do que um único aerofólio localizado próximo das lâminas de uma grande turbina de vento. Isto confirma a hipótese de que um donut interno menor ao redor de uma grande turbina de vento opera por efeito circulatório e não de bloqueio, de modo que múltiplos interferem um com o outro.

Figura 55 é um modelo de computador do efeito de uma cascata de FDDs densamente agrupados na velocidade do vento. A área de mais alta velocidade (256) não é melhorada pelas áreas de velocidade aumentada abaixo e adjacentes as lâminas inferiores.

O método de posicionar o anel circundante e as lâminas da turbina em relacionamento entre si para aproveitar da máxima potência prevista pela modelagem é único a esta invenção.

Figura 56 mostra o conceito de adicionar velocidades de fluxo para fazer um mapa de fluxo. (217) e (218) são exatamente a conversão de um no outro com a mesma forma de lâmina envolvente. Com a extremidade lisa confrontando o interior em todos os lados fazem um anel circundante (219). Em geral, a região de maior velocidade (220) será diretamente adjacente a superfície interna da lâmina e a região de velocidade mais baixa (221) será no centro. A

58/68 região de velocidade mais alta teve arbitrariamente, com o propósito de ilustração, determinado um aumento de velocidade de 100%.

Figura 57 é uma ilustração da relação entre as velocidades de fluxo e a forma das lâminas. Os números mostrados são apenas ilustrativos. (221) é o anel circundante. Varias áreas da velocidade do fluido são mostradas, da mais alta a mais baixa, da periferia ao centro (222, 223, 224, 225). Estes dados ajudam a construir a lâmina (226) que é apropriada para esta particular configuração de FDD e lâmina. Como exemplo do processo somente, (227) mostra a largura da lâmina localizada na região (225). A largura da lâmina é dobrada no ponto (228) pois é localizada na região (224) com uma velocidade que é o dobro da região (225). O efeito é permitir que a lâmina obtenha máxima vantagem do uso do FDD e captura da energia onde é maior.

Figura 58 é uma distribuição de velocidade radial para um aerofólio NACA 4448.

Figura 59 é a distribuição de velocidade radial de uma lâmina Farb.

Todos os gráficos (229, 230, 231, 232) mostram um aumento abrupto da velocidade próximo a área do FDD. Isto indica que, idealmente, as lâminas deveríam se inclinar para fora na proximidade da periferia.

Figura 60 é um gráfico de velocidade por posição radial para vários FDDs. Mostra os casos que serão calculados abaixo. Mostra que o aerofólio contornante NACA (233) é o melhor para um alcance curto e a lâmina Farb de um metro (234) é melhor para um alcance longo. Figura 61 é um gráfico de potência de saída por posição radial para vários FDDs. Mostra que o aerofólio contornante

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NACA (235) é o melhor para um alcance curto e a lâmina Farb de um metro (236) é melhor para um alcance longo. Mostra claramente quanto a periferia das lâminas é importante para o efeito.

Figura 62 é uma ilustração de uma turbina de eixo vertical. FDDs nunca antes foram propostos para turbinas de eixo vertical. (237) é a turbina, (238) representa as lâminas, as quais não necessitam ser da forma mostrada, (239) é o eixo vertical. Um FDD (240) pode ser localizado inferiormente como mostrado ou superiormente, ou como um anel parcial ou completo com um eixo vertical, conectado a turbina ou não. Um FDD (241) pode ser localizado em um lado, como mostrado, ou em ambos, ou como um anel parcial ou completo com um eixo vertical. Partes (240) e (241), em várias extensões, podem coexistir.

Qual é o resultado de modelar as configurações mostradas? Primeiro mostramos alguns resultados de modelar um aerofólio NACA 4424 cercando uma turbina para demonstrar a saída de potência para a configuração e demonstrar os efeitos de fluxo laminar e turbulento. O fechamento é simétrico axialmente. A seção transversal tem a forma de um aerofólio NACA 4424 em escala linear, de modo que a corda tem 60 cm e espessura máxima de 20 cm. O aerofólio foi posicionado com ângulo de ataque negativo (alfa) de (i) 10°, (ii) -20° e (iii) -30° (Esta orientação é a mesma do começo ao fim do anel circundante. A denominação negativa é somente a orientação como usada aqui em algumas figuras. Obviamente é positiva no lado oposto do anel circundante). Assume-se que o diâmetro das lâminas é Db = 2,5 m e o menor diâmetro é 2.5m + 2 X 2.5cm (Sp = 2,5 cm onde Sp é a distância das lâminas ao alojamento).

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O número de Reynolds, baseado na corda, é ^»440 , por exemplo, o fluxo é transicional e irregular. Assim, em cada um dos casos tanto o fluxo laminar como turbulento foram calculados.

O ganho de potência de vento disponível estimado é listado na tabela abaixo para várias posições possíveis das lâminas com relação ao bordo de ataque da lâmina envolvente. Fluxos turbulentos resultam em melhor ganho e então o fluxo pode ser reforçado para ser turbulento, por exemplo, com meios como adição de arames no anel circundante.

Deveria ser notado que o grande aumento da velocidade axial próximo ao anel circundante pode requere modificação no desenho das lâminas para utilizar a ganho de potência do vento disponível.

Dependência do ganho de potência do vento disponível (%) da localização axial (xb)

Xb (m)=	-0.4	0	0.15	0.25	0.35	0.5	0.65
α =-10°, Laminar	12	50	93	84	66	48	32
a =-10°, Turbulent	24	83	142	128	97	62	42
a =-20°, Laminar	8	48	84	79	76	68	47
a =-20°, Turbulent	34	118	182	152	120	88	61
a =-30°, Laminar	10	66	101	86	75	55	41
a =-30°, Turbulent	46	168	234	183	149	111	77
Note	que	os ganhos	de potência	são	bastante

significantes na localização correta, ângulo correto de ataque e fluxo turbulento. Neste modelo, a localização ótima é aproximadamente 25% do comprimento da corda do bordo de ataque.

É um aerofólio completo realmente a melhor configuração? Descobrimos que a forma com bordas lisas é importante para manter máximo desempenho. Isto é bastante conhecido da experiência com aerofólios.

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O anel circundante no seguinte modelo é simétrico a um eixo. A seção transversal é construída de uma forma de não aerofólio, composta por um arco circular (90°) e uma seção reta. O raio do arco circular é 40 cm. O comprimento da corda (do bordo de ataque ao bordo de fuga) é 1 metro. O diâmetro das lâminas é Db = 2.5 metros e o espaçamento entre as pontas imaginárias das lâminas e o anel circundante é Sp = 2,5 cm em dois casos (casos 1 e 2) e 17,5 cm em um caso (caso 3), com o objetivo de maximizar o ganho de potência de vento disponível.

A velocidade de vento do campo afastado é 10 m/s. O número de Reynolds, baseado na corda é Re ~ 6-10⁵, e assim fluxo turbulento é modelado usando o modelo de Reynolds de estresse. A distribuição da componente axial da velocidade e o ganho de potência de vento disponível para cada um dos três casos são mostrados abaixo para os três casos e para vários posicionamentos do anel circundante com relação às lâminas imaginárias. Note que os resultados são muito melhores quando usando uma lâmina, mas o caso 3 mostra que uma forma de não lâmina tem uma certa habilidade de direcionar o ganho de velocidade a distâncias maiores do anel circundante. Isto também mostra que por volta de metade do efeito é um efeito de superfície.

Dependência do ganho de potência do vento disponível (%) da localização axial (xb; xb=0 está no bordo de ataque)

	-0.4	0	0.15	0.25	0.35	0.40	0.45	0.50	0.60
Case 1	-26	-8	18	44	67	67	57	50	42
Case 2	-11	31	64	75	80	80	80	79	76
Case 3	-2	35	66	86	101	105	109	110	108

62/68

0.65	0.75
39	35
74	67
103	89

Usando as informações acima, construímos algumas formas de aerofólios circundantes completos e incompletos e descobrimos que formas incompletas de aerofólios muitas vezes têm 5 desempenho superior a um aerofólio completo. Tipos C d F como mostrados nos desenhos da figura da figura 45 tem o melhor desempenho - C para proximidade abaixo de 10 metros e tamanhos maiores de F para 10 metros para acima. Os aerofólios incompletos têm ainda vantagens de menor peso e menor custo de material.

ίο Primeiro aqui estão os dados para uso de um aerofólio

NACA 4448 comum (modelamos folhas de menor espessura tais como a 4424 e descobrimos que não funcionam tão bem). Todos os casos usam uma corda de 0.6 metros, com exceção de um caso com corda c = 1 metro. Com ângulos de ataque maiores a 0.6 metros, a 15 localização ótima está por volta de 25% da extensão da corda e o ângulo de ataque de 30% funciona melhor.

	NACA 4448
Din		2.5			10	10 (c=lm)
(m)=	10	2.5	5	Sp=2.5 Sp=17.5 cm cm
X(m)	-0o	-30°	-40°	-30°	-30° -30°	-30°

-0.40	5	40	34	36	19	21	51
0.00	14	147	141	88	40	36	82
0.05	18	186	180	106	47	38	91
0.15	26	255	226	135	59	41	114
0.25	28	215	184	119	53	42	128

63/68

0.35	22	161	149	96	46	40	121
0.40	19	142	138	88	44	39	112
0.45	17	125	128	81	41	37	104
0.50	15	110	119	75	39	36	96
0.55	13	95	110	69	37	34	90
0.60	12	81	101	63	34	33	85
0.65	11	68	92	57	32	31	80
0.75	9	46	74	45	27	28	73

Agora vemos que o quarto de cilindro e linha discutidos anteriormente não funcionam tão bem, mesmo considerando que os casos mostrados são realizados com um comprimento de um metro:

	Quarter cyl +	line
Crosssection	A	B	B	B
Din (m)=	2.5	2.5	10	2.5
(m) =	-0o	-0o	-0o	-30°
-0.40	-26	5	10	-31
0.00	-8	51	24	5
0.05	-2	63	26	21
0.15	18	89	33	38
0.25	44	114	38	47
0.35	67	131	42	54
0.40	67	136	44	56
0.45	57	139	45	57
0.50	50	140	45	58
0.55	45	139	45	59
0.60	42	136	45	59
0.65	39	131	44	58
0.75	35	117	41	53

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Entretanto, algumas formas de contorno desempenham ainda melhor do que um aerofólio NACA 4448 comum.

Crosssection	C	C	C (c=0.6 m)	C (c=0.6 m)	F (c=0.6 m)	F (c=0.6 m)	F	F
Din (m)=	2.5	10	2.5	10	2.5	10	2.5	10
X (m) =	-30°	-30°	-30°	-30°	-30°	-30°	-30°	-30°
-0.4	100	48	57	31	40	23	61	63
0.0	289	88	182	56	148	45	212	63
0.1	408	111	272	69	238	57	313	130
0.2	539	125	291	72	224	57	442	153
0.3	565	125	233	67	173	50	392	146
0.4	477	114	195	63	143	46	307	128
0.5	387	105	169	59	118	42	251	112
0.6	329	101	144	55	93	39	214	101
0.7	287	97	120	51	71	36	185	92
0.8	253	94	97	46	52	33	160	84
0.9	222	91	76	41	38	30	134	78
1.0	191	87	59	36	28	27	111	72
1.2	132	76	34	30	15	22	69	60

A tabela mostra que a folha parcial de forma C supera o desempenho de uma folha completa a pequena distância. Compare o ganho de potência de 291% acima e o caso equivalente anterior de uma folha completa a 255% para uma corda de 0.6 metros e Din = 2.5 metros. Note que o ponto de potência ótima está agora próximo a 33% do comprimento da corda no lugar dos 25% anteriores, estando ίο provavelmente ótimo a 29%. O comprimento da corda de 1 metro otimiza a potência aumentada para 565% na configuração ideal, o que é ainda um pouco menos de 30% do comprimento da corda.

A forma F demonstra um desempenho excelente mas não ideal a 2.5 metros. Entretanto, a um Din = 10 metros para um 15 comprimento de corda de 1 metro, os resultados com a forma F são claramente superiores (153%). A forma F resulta em dispersão mais

65/68 vertical da velocidade, como as figuras mostram. Isto também proporciona a vantagem de mover a velocidade aumentada para mais próximo do bordo de ataque; nos dados acima, isto é 20% do comprimento da corda do bordo de ataque.

A seguinte tabela mostra dados fáceis de comparar:

chord ’ X at max

Structure NACA 4448 outline C Farb Foil outline F	lengthin m 1 1	Dininm Spincm angle :	max power 565 442	power in m best 0.3* 0.2
2.5 2.5	2.5 2.5	30 30
NACA 4448 outline C	1	10	5	30	125	0.25
Farb Foil outline F	1	10	5	30	153	0.2*
NACA 4448	1	10	5	30	128	0.25
NACA 4448 outline C	0.6	2.5	2.5	30	291	0.2*
Farb Foil outline F	0.6	2.5	2.5	30	238	0.2
NACA 4448	' 0.6	2.5	2.5	30	255	0.15
NACA 4448 outline C	0.6	10	5	30	72	0.2*
Farb Foil outline F	0.6	10	5	30	57	0.1
NACA 4448	0.6	10	5	30	59	0.15

Os dados do ganho de potência são baseados em dados brutos da distribuição de velocidade, como na seguinte tabela para um NACA 4448. Nas colunas de números ímpares estão as ίο distâncias radiais e nas colunas pares estão as velocidades para diferentes configurações de FDD, com 10m/s como a velocidade do vento geral fora do sistema.

D=2.5 D=10 D=2.5 D=10

C=0.6 C=0.6 C=1 C=1

13.1019 0 10.726 0 15.0473 0 11.124

0.044249 13.103 0.16642 10.7266 0.044433 15.0488 0.151029 11.1244

0.087986 13.1102 0.201798 10.7271 0.08853 15.06 0.301825 11 1272

66/68

0.130974 13.1232	0.321063	10.7286 0.132071	15.0796 0.452582	11.1323
0.173069 13.1406	0.454931	10.7311 0.174796	15.1039 0.602773	11.139
0.214191	13.1622	0.583574	10.7343 0.21645	15.1349 0.746305	11.1467
0.254397	13.1882	0.712385	10.7385 0.257185	15.1716 0.880032	11.1553
0.26602	13.1974	0.841239	10.7435 0.273772	15.1888	1.00809	11.1653
0.293895	13.2193	0.96905	10.7492 0.297656	15.213	1.13293	11.1767
0.33301	13.2555	1.09491	10.7557 0.339008	15.2615	1.25513	11.1891
0.333086	13.2555	1.21825	10.7631 0.384565	15.3331	1.37458	11.2025
0.372074	13.2948	1.33879	10.7712 0.392962	15.3486	1.491	11.2174
0.41151	13.3422	1.45629	10.78 0.438657	15.4268	1.60416	11.2338
0.448936	13.3959	1.57055	10.7898 0.439324	15.4278	1.71409	11.251
0.478183	13.4418	1.6816	10.8004 0.470739	15.4884	1.82091	11.2692
0.485738	13.4523	1.78966	10.8117 0.491985	15.5359	1.92476	11.2888
0.502825	13.475	1.89057	10.8231 0.500198	15.5544	2.02583	11.3097
0.51407 13.4914	1.89492	10.8236 0.534678	15.6306	2.12426	11.3316
0.545206	13.547	1.99755	10.8361 0.536544	15.635	2.22018	11.3543
0.559684	13.5778	2.0975	10.8495 0.578819	15.7485	2.31369	11.3783
0.584142	13.6314	2.19485	10.8638 0.580078	15.7524	2.40486	11.4038
0.620666	13.722	2.28967	10.8788 0.621545	15.8855	2.49374	11.4307
0.625943	13.7346	2.38203	10.8944 0.631222	15.9177	2.5804	11.4588
0.651944	13.7944	2.47201	10.9109 0.66015	16.0178	2.66487	11.4881
0.680251	13.8664	2.55961	10.9288 0.68037	16.0937	2.74722	11.5188
0.713146 13.9664	2.64478	10.9476 0.693675	16.1446	2.82752	11.5511
0.718332	13.9844	2.72744	10.9669 0.723469	16.2669	2.90582	11.5849
0.758074	14.1218	2.80754	10.9872 0.730425	16.2987	2.98213	11.6197
0.760385	14.13	2.88533	11.0087 0.751347	16.3944	3.05642	11.656
0.791103	14.2412	2.9613	11.0311 0.778894	16.536	3.12879	11.6942
0.827727	14.4134	3.03594	11.0549 0.794168	16.622	3.17621	11.7212
0.849826	14.5368	3.10935	11.0802 0.806275	16.6894	3.19943	11.7344
0.861933	14.6033	3.18107	11.1073 0.833254	16.8529	3.26847	11.776
0.891541	14.7673	3.25017	11.1353 0.859599	17.0282	3.33585	11.8188
0.916661	14.9249	3.31682	11.1638 0.873914	17.1316	3.40156	11.8636
0.938159	15.077	3.3821	11.1945 0.88506	17.2105	3.46574	11.9108
0.9404	15.0948	3.4474	11.2288 0.909771	17.4063	3.52852	11.9602
0.958035	15.2298	3.45471	.11.233 0.933467	17.6197	3.58953	12.0114
0.970659	15.3158	3.51431	11.2662 0.956142	17.8449	3.64795	12.0636
0.981854	15.4055	3.58433	11.3083 0.977829	18.0788	3.70337	12.1166
0.992127	15.4929	3.65663	11.3573 0.9986	18.3211	3.72315	12.1367
1.01731	15.7638	3.68286	11.3776 1.01337	18.5082	3.75617	12.1701
1.04246	16.072	3.72642	11.4104 1.01856	18.5732	3.80634	12.2236
1.06415	16.3494	3.75507	11.4352 1.0378	18.8395	3.85617	12.2792
1.08396	16.6412	3.79788	11.4721 1.05637	19.1277	3.90934	12.3421
1.10252	16.9513	3.85384	11.5239 1.0743	19.4365	3.97012	12.4255
1.12023	17.2826	3.86851	11.5379 1.09163	19.7615	4.02874	12.5205
1.1344	17.581	3.93089	11.6023 1.1084	20.1036	4.03779	12.5331
1.13735	17.6419	3.93749	11.6095 1.12462	20.4661	4.0794	12.59
1.15401	18.0338	3.99886	11.6803 1.14031	20.8522	4.09699	12.6195
1.17009	18.4646	4.00272	11.685 1.15551	21.264	4.14541	12.7075
1.18554	18.9356	4.06096	11.7608 1.17023	21.7049	4.15003	12.7154
1.20031	19.4523	4.0622	11.7625 1.18446	22.1761	4.20294	12.8129
1.21444 20.0292	4.1122	11.8358 1.19822	22.6824	4.21031	12.8279

67/68

1.22804 20.6968	4.12789	11.861	1.21158	23.2238	4.25078	12.9107
1.23349 21.0149	4.16034	11.9137	1.21723	23.4904	4.28672	12.9932
1.24127 21.4399	4.19897	11.9818	1.22471	23.8364	4.2975	13.0181
1.25 21.6202	4.20882	11.9991	1.23778	24.5393	4.34581	13.1476
	4.25894	12.0977	1.25	24.9805	4.36126	13.1894
	4.2678	12.1168)			4.38709	13.2589
	4.31084	12.2144			4.41821	13.3439
	4.32793	12.2566			4.4326	13.3888
	4.36265	12.3454			4.44769	13.4362
	4.38113	12.3966			4.47666	13.5375
	4.41206	12.4857			4.50365	13.6352
	4.42939	12.5396			4.52927	13.734
	4.45816	12.6333			4.55414	13.8371
	4.47381	12.6883			4.57845	13.9458
	4.50104	12.7886			4.60232	14.0613
	4.51482	12.843			4.62583	14.1813
	4.54095	12.9511			4.6489	14.309
	4.55283	13.0035			4.65571	14.3507
	4.57827	13.1209			4.67086	14.4437
	4.5884	13.1707			4.69123	14.5751
	4.61343	13.2997			4.71059	14.7075
	4.62212	13.3474			4.72948	14.8461
	4.64666	13.4887			4.74802	14.9933
	4.65459	13.5371			4.76617	15.1491
	4.67806	13.6876			4.78388	15.3134
	4.68645	13.7452			4.80113	15.4862
	4.70793	13.9003			4.81791	15.6678
	4.71844	13.9811			4.8342	15.8584
	4.7375	14.1335			4.85002	16.0586
	4.75043	14.2456			4.86534	16.2684
	4.77019	14.4429			4.88015	16.488
	4.77844	14.5239			4.89446	16.7173
	4.80123	14.7635			4.90837	16.9596
	4.80939	14.8595			4.92225	17.2152
	4.82066	14.9912			4.93661	17.5168
	4.83762	15.2078			4.95122	17.8565
	4.85239	15.4087			4.9653	18.2127
	4.86027	15.5228			4.97881	18.5922
	4.86645	15.6112			4.99183	18.9971
	4.88128	15.8477			5	19.2709
	4.88162	15.8534
	4.89752	16.1243
	4.91623	16.5221
	4.92571	16.7576
	4.93424	16.9562
	4.94519	17.1952
	4.95434	17.3904
	4.96741	17.7651
	4.98184	18.2561
	4.99527	18.7337
	5	18.9259

68/68

Uma interessante questão é se um é melhor com um anel circundante que adiciona, por exemplo, 30 cm em cada lado de uma lâmina de 2.5 metros de diâmetro, com 30 cm extras de comprimento de lâmina para fazer um diâmetro de lâmina de 2.8 5 metros? Um ganho de potência de vento disponível de 68% pode ser obtido sem um anel circundante se o diâmetro das lâminas é aumentado de 2.97.

Claims (33)

1. REIVINDICAÇÕES:

   1- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO caracterizado por compreender: ma máquina de captura de energia, que compreende mas não está limitada a uma turbina que produz energia elétrica, com um componente de captura de energia, definido como lâminas, copos ou outro objeto que responde a um fluxo de fluido, em um fluxo de fluido em um eixo x, que não é necessariamente horizontal; meios localizados na direção do fluxo na direção do componente de captura de energia, operacionais para aumentar a velocidade do fluxo de fluído entregue para o componente de captura de energia, em que o maior aumento de velocidade é entregue para a periferia do componente de captura de energia, em que dita velocidade aumentada do fluido aumenta a potência de saída de dita máquina de captura de energia, ditos meios dispostos pelo menos em um anel parcial ao redor do componente de captura de energia em qualquer eixo.
2. 2- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por os ditos meios para aumentar a velocidade do fluxo de fluido ser um FDD (3), definido como uma folha com uma área defeituosa externa, a dita área defeituosa sem uma continuidade externa curva completamente suave de uma forma tradicional de folha, excluindo a cauda pontiaguda de uma forma tradicional de folha, dita área compreendendo pelo menos uma área pontiaguda adicional ou pelo menos uma área reta ou pelo menos uma área oca.

   Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 4/14

   2/9
3. 3- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM

   FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por o eixo central do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser substancialmente perpendicular ao fluxo de fluido.
4. 4- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por dita altura do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) de seu ponto mais baixo para a parte mais alta no eixo y ser de menos 10 metros.
5. 5- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por o FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) começar acima da superfície do solo.
6. 6- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por o diâmetro interno do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser de pelo menos 10 metros.
7. 7- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por dita máquina de captura de energia ser uma turbina com pás de pelo menos 10 metros de diâmetro.
8. 8- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por o FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser um híbrido de pelo menos uma forma externa tipo disco substancialmente vertical e uma forma superior não côncava que continua do lado de fora da forma tipo de disco.

   Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 5/14

   3/9
9. 9- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por dito FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser pelo menos parcialmente uma estrutura tensa.
10. 10- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM

    FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por a linha dos pontos conectando a máxima velocidade em qualquer distância radial do cubo de um componente de captura de energia de eixo horizontal estar aproximadamente no plano do campo de movimento do componente de captura de energia.
11. 11- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por a máquina de captura de energia ser uma turbina de eixo vertical.
12. 12- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por dito FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser verticalmente adjacente a pelo menos uma borda vertical das lâminas no eixo y.
13. 13- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por a área do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) incompleta estar na área externa, longe do componente de captura de energia.
14. 14- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por a forma do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49,

    Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 6/14

    4/9

    50) ser definida como segue: Um FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) “C”, compreendendo aproximadamente uma linha traçada através dos seguintes pontos coordenados relativos em um eixo xy em qualquer tamanho proporcional e qualquer ângulo de ataque: X, Y; 1.732050808, 1; 1.693643087, 0.874364124; 1.646368289, 0.761206475; 1.542617362, 0.546668353; 1.427110653, 0.347651841; 1.29972529, 0.165009761; 1.159575723,

    0.000955932; 1.004940323, -0.140607698; 0.824000258,0.251170312; 0.72335477, -0.288447214; 0.614950141,0.310804889; 0.497740627, -0.315152056; 0.369386895,0.29535687; 0.299593086, -0.272790447; 0.224224918,0.23736895; 0.1390843, -0.179461075; 0.088459869, 0.132016988; 0, 0.
15. 15- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por o FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) compreender ao menos parte da borda de ataque da folha e da borda lateral interna contínua ao ponto da borda de fuga, e uma extensão sobre o lado externo da borda de ataque voltada na direção da borda de fuga.
16. 16- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 15 e ainda caracterizado por a forma do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser definida como segue: uma lâmina FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) “Farb” compreendendo aproximadamente uma linha traçada através dos seguintes pontos coordenados relativos em um eixo xy em qualquer tamanho proporcional e qualquer ângulo de ataque: X, Y; 0.057, 0.420; 0.020, 0.391; 0.000, 0.356;

    Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 7/14

    5/9

    0.007, 0.311; 0.038,

    0.104; 0.180, 0.072;

    0.362, 0.007; 0.411,

    0.121; 0.630, 0.171;

    0.250; 0.073, 0.191;

    0.227, 0.035; 0.268,

    0.019; 0.464, 0.043;

    0.674, 0.221; 0.727,

    0.106, 0.149; 0.144,

    0.011; 0.316, 0.000;

    0.515, 0.080; 0.571,

    0.278; 0.774, 0.340;

    0.816, 0.402; 0.857, 0.468; 0.889, 0.523; 0.944, 0.633.
17. 17- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM

    FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por o FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) estar em um ângulo de ataque de pelo menos 20 graus.
18. 18- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM

    FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por o FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) estar em um ângulo de ataque de pelo menos 30 graus.
19. 19- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM

    FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por o dito componente de captura de energia estar centrado numa direção do eixo x a partir da borda de ataque de um FDD (3, 21, 28, 29, 30)do eixo x a uma distância de 20-30% do comprimento da corda.
20. 20- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM

    FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por a distância do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) do componente de captura de energia ser de até 5 centímetros.
21. 21- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM

    FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por a maior espessura da seção transversal do FDD

    Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 8/14

    6/9 (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser de 25% do comprimento da corda ou maior.
22. 22- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por um meio, a montante do componente de captura de energia, para a imposição de fluxo turbulento em torno do FDD (3).
23. 23- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 22 e ainda caracterizado por o meio ser uma estrutura elevada na superfície do lado do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) voltada para o componente de captura de energia.
24. 24- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por compreender uma malha anexada ao FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) a montante do componente de captura de energia.
25. 25- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por dito FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ter uma forma de folha cuja maior espessura está localizada a menos de 10% do comprimento da corda a partir da borda de ataque.
26. 26- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda caracterizado por dito componente de captura de energia compreender pelo menos um magneto na periferia das lâminas.
27. 27- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÃNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 13 e ainda

    Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 9/14

    7/9 caracterizado por a proporção entre o raio interno do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) na borda do eixo y-z mais anterior do componente de captura de energia e a distância desse plano ao plano do ponto mais anterior do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser superior a 5 para 1.
28. 28- SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA MECÂNICA DE UM FLUXO DE FLUÍDO de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por compreender uma segunda máquina de captura de energia, compreendendo pelo menos um componente de captura de energia, localizado a jusante e a menos de 3 diâmetros de lâmina da primeira máquina de captura de energia.
29. 29- MÉTODO PARA MELHORAR O FLUXO DE FLUIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA MECÂNICA caracterizado por compreender as etapas de: a) proporcionar um componente de captura de energia, definido como lâminas, copos ou outro objeto respondendo a um fluxo de fluido, de uma máquina de captura de energia, definida como compreendendo mas não limitada a uma turbina que produz energia elétrica; b) proporcionar um meio, localizado na direção do fluxo de fluido em direção ao componente de captura de energia, operativo para aumentar a velocidade do fluxo de fluido fornecido ao componente de captura de energia, em que o maior aumento na velocidade é entregue a uma periferia do componente de captura de energia e em que o dito aumento da velocidade do fluido aumenta a potência de saída da dita máquina de captura de energia, sendo os ditos meios colocados em pelo menos um anel parcial em torno do componente de captura de energia em qualquer eixo.

    Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 10/14

    8/9
30. 30- MÉTODO PARA MELHORAR O FLUXO DE FLUIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA MECÂNICA de acordo com a reivindicação 29 e ainda caracterizado por os ditos meios para aumentar a velocidade do fluxo de fluido são um FDD (3), definido como uma folha com uma área defeituosa externa, faltando uma continuidade externa curva completamente suave de uma forma tradicional de folha, excluindo a cauda pontiaguda de uma forma de folha tradicional, a dita área compreende pelo menos uma área pontiaguda adicional ou pelo menos uma área reta ou pelo menos uma área oca.
31. 31- MÉTODO PARA MELHORAR O FLUXO DE FLUIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA MECÂNICA de acordo com a reivindicação 30 e ainda caracterizado por dita máquina de captura de energia ser uma turbina eólica de 10 metros de diâmetro de lâmina ou maior.
32. 32- MÉTODO PARA MELHORAR O FLUXO DE FLUIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA MECÂNICA de acordo com a reivindicação 29 e ainda caracterizado por os meios ser colocados de acordo com o processo de: c) proporcionar entrada para um microprocessador de pelo menos diâmetro interno, altura total, altura do solo ou superfície similar, largura e formato de um FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) e diâmetro, altura do solo ou superfície similar e altura do solo ou superfície similar de um componente de captura de energia de uma máquina de captura de energia, e a relação espacial do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) e o componente de captura de energia, em que o FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) é colocado em uma posição para aumentar a potência do componente de captura de energia; d)

    Petição 870190063916, de 08/07/2019, pág. 11/14

    9/9 proporcionar saída de um microprocessador das velocidades do fluido resultantes das referidas entradas em uma área específica.
33. 33- MÉTODO PARA MELHORAR O FLUXO DE FLUIDO PARA CONVERSÃO DE ENERGIA MECÂNICA de acordo com a reivindicação 29 e ainda caracterizado por o eixo central do FDD (3, 21, 28, 29, 30, 47, 48, 49, 50) ser substancialmente perpendicular ao fluxo de fluido.