Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA CONSISTINDO DE UMA COMBINAÇÃO DE UM VEÍCULO REMOTAMENTE OPERADO E APARELHO E MÉTODO PARA ADAPTAR UM VEÍCULO REMOTAMENTE OPERADO.
Campo da Invenção [001 ] Essa invenção está relacionada a veículos subaquáticos tais como Veículos Remotamente Operados (ROVs) e em particular, a aparelho e métodos para a adaptação de ROVs para uso multifuncional. Fundamentos da Invenção [002] Veículos Remotamente Operados Submersíveis são veículos para uso debaixo d’água que, como seu nome sugere, são não preenchidos e controlados por um operador em uma localização remota. ROVs têm muitos usos tais como inspecionar e varrer grandes faixas de solo oceânico, para construção, desenvolvimento/recuperação ou manutenção de instalações subaquáticas. Para inspecionar o trabalho, alta velocidade, estabilidade e um modelo de baixo ruído são importantes, enquanto para construção, alta velocidade não é exigida, com boa manobrabilidade, força e instrumentação sendo superiores. Como esses tipos de operações exigem capacidades bem diferentes, ROVs vêm em diferentes formas e tamanhos, adaptados especificamente para diferentes tipos de função.
[003] A função de levantamento, ou técnicas de metrologia passadas por ROVs frequentemente contam com métodos acústicos e ROVs de levantamento em particular são frequentemente equipados com o equipamento acústico necessário para esse tipo de trabalho. Entretanto, de modo para tais técnicas a serem usadas com sucesso, ruído de fundo produzido pelo sistema de veículo, particularmente o sistema de propulsão deveria ser mantido em um mínimo, tal como para não interferir com os sinais acústicos sensíveis. Consequentemente, bem como velocidade e agilidade, tais veículos exigem sistemas de
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2/14 propulsão silenciosos de modo a executar levantamento acústico. O veículo deveria ser projetado como um sistema de alta velocidade/baixo ruído estável de modo a maximizar a qualidade dos dados de levantamento coletados.
[004] Sistemas de propulsão hidráulica tendem a ser muito ruidosos devido ao grande número de componentes nas bombas, válvulas de motores e tubulação de conexão. Sistemas de propulsão eletricamente acionados são muito mais silenciosos à medida que eles têm menos componentes. Há muito poucos sistemas ROV de grande construção que têm propulsão elétrica, a maioria tem sistemas de propulsão hidráulica mais ruidosos.
[005] ROVs projetados para a função de construção tendem a ter impulsores acionados hidraulicamente. Os veículos tendem a ser quadrados na forma e sua configuração de impulsor hidráulico não projetado para propulsionar o veículo na velocidade. Esses sistemas hidráulicos deveríam ser aumentados em potência de modo a aumentar a velocidade, eles se tornam muito ruidosos. Como uma construção resultante, ROVs são inadequados para função de levantamento. De modo oposto, ROVs construídos para função de levantamento são muito longos e têm impulsores configurados para transferir velocidade e, portanto, não são equipados para intensificar a função de construção. [006] Além disso, à medida que ROVs de construção são hidraulicamente acionados, eles somente têm energia hidráulica disponível para impulsores e ferramental, o umbilical tendo somente um único conjunto de núcleos de energia para fornecer energia para acionar a unidade de energia hidráulica (HPU). Isso limita o tipo e tamanho de ferramental que pode ser montado ao ROV. O dito ferramental tende também a ser ruidoso e ineficiente.
[007] Seria desejável, portanto, ter um veículo adequado para ambas a função de levantamento de alta velocidade e a função de
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3/14 construção pesada enquanto alcançando performance de baixo ruído. Seria também desejável usar ferramental acionado eletricamente em um veículo projetado somente para usar e fornecer energia hidráulica. Sumário da Invenção [008] Em um primeiro aspecto da invenção, é provido um aparelho para adaptar um Veículo Remotamente Operado para pelo menos uma segunda função, o dito veículo sendo originalmente adaptado para pelo menos uma primeira função e tendo meios de propulsão principais, o dito aparelho compreendendo um módulo para ligação ao dito Veículo Remotamente Operado, o dito módulo sendo fornecido com meios de propulsão adicionais que, em uso, impelem o veículo mais quietamente que quando for impelido através dos ditos meios de propulsão principais.
[009] O dito módulo pode compreender um módulo propulsor de complemento removível.
[0010] A dita primeira função pode ser trabalho de construção ou de manutenção e a dita segunda função pode ser trabalho de inspeção.
[0011] Os ditos meios de propulsão principais podem ser hidraulicamente acionados. Os ditos meios de propulsão podem também compreender um ou mais propulsores elétricos. Porém quaisquer meios de propulsão mais quietos que os propulsores hidráulicos quando impelir o veículo na velocidade seriam adequados. [0012] Os ditos meios de propulsão adicionais podem ser especificamente configurados para fornecer empuxo direto.
[0013] O dito módulo pode também aumentar o desempenho e ou a capacidade de velocidade do dito Veículo Remotamente Operado.
[0014] Ligação do dito módulo ao Veículo Remotamente Operado pode ser através de interfaces dedicadas do tipo pino de atracamento. O dito módulo é preferivelmente projetado para ligação temporária ao dito Veículo Remotamente Operado e pode ser removível ou substituível
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4/14 por outro módulo.
[0015] O dito Veículo Remotamente Operado pode ter um umbilical conectado à fonte de energia elétrica de uma primeira fonte para o dito Veículo Remotamente Operado para gerar uma fonte hidráulica, o dito umbilical sendo disposto também para prover energia elétrica de uma segunda fonte para o dito módulo. O dito Veículo Remotamente Operado pode ser conectado diretamente ao dito umbilical para obter a dita energia elétrica da dita fonte, o dito módulo sendo disposto para obter a dita energia elétrica por meio do dito primeiro veículo. Alternativamente o dito Veículo Remotamente Operado pode ser conectado ao umbilical por meio de um cabo e sistema de gerenciamento de cabo associado. Neste caso, o cabo seria usado para a fonte de energia elétrica de uma primeira fonte para o dito Veículo Remotamente Operado ser usado para gerar uma fonte hidráulica, o dito cabo sendo disposto para também prover energia elétrica de uma segunda fonte para o dito módulo. A dita segunda fonte pode também ser disposta para prover pelo menos uma ferramenta eletricamente operada. A dita pelo menos uma ferramenta eletricamente operável pode ser montada no dito veículo ou no dito módulo.
[0016] Os ditos meios de propulsão adicionais (preferivelmente elétricos) podem ser dispostos para prover a propulsão principal para o vaso submarinho quando o dito módulo for encaixado enquanto os ditos meios de propulsão principais (usualmente hidráulicos) são usados apenas para controlar aproamento e/ou profundidade.
[0017] Os ditos meios de propulsão adicionais podem ser dispostos para obter sua energia do dito Veículo Remotamente Operado, quando em uso.
[0018] O dito módulo pode também compreender flutuabilidade para manter a flutuabilidade neutra e estabilizantes tais como aletas para auxiliar a estabilidade.
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5/14 [0019] O dito módulo pode ser adaptado para fixação na parte traseira do dito Veículo Remotamente Operado. O dito aparelho pode também compreender um módulo adicional, tal como um cone de nariz, para melhorar a hidrodinâmica do dito Veículo Remotamente Operado. O dito cone de nariz pode também compreender estabilizantes, tais como aletas.
[0020] Em um outro aspecto da invenção, é provido um Veículo Remotamente Operado encaixado com o (s) módulo (s) como descrito acima.
[0021 ] Em um outro aspecto da invenção, é provido um método para adaptar um Veículo Remotamente Operado para pelo menos uma segunda função, o dito vaso sendo originalmente adaptado para pelo menos uma primeira função compreendendo prender um primeiro módulo ao dito Veículo Remotamente Operado, o dito primeiro módulo sendo fornecido com propulsores que, em uso, impelem o veículo mais quietamente que quando é impelido através dos ditos meios de propulsão principais.
[0022] O dito módulo pode compreender um módulo propulsor de complemento removível.
[0023] O dito Veículo Remotamente Operado pode ser especificamente adaptado para trabalho de construção ou de manutenção.
[0024] Os ditos meios de propulsão adicionais podem especificamente ser configurados para fornecer empuxo direto.
[0025] O dito Veículo Remotamente Operado pode ser provido com energia elétrica, por meio de um umbilical conectado, de uma primeira fonte, a dita energia elétrica da dita primeira fonte sendo usada para gerar uma fonte hidráulica e o dito primeiro módulo pode ser provido com energia elétrica de uma segunda fonte por meio do dito umbilical. O dito Veículo Remotamente Operado pode ser preso diretamente ao
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6/14 dito umbilical para a dita fonte de energia elétrica da dita primeira fonte, o dito primeiro módulo sendo provido da dita energia elétrica da dita segunda fonte por meio do dito veículo. Alternativamente o dito Veículo Remotamente Operado pode ser conectado ao umbilical por meio de um cabo e sistema de gerenciamento de cabo associado. Neste caso, o cabo seria usado para a fonte de energia elétrica de uma primeira fonte para o dito Veículo Remotamente Operado ser usado para gerar uma fonte hidráulica, o dito cabo sendo disposto também para prover energia elétrica de uma segunda fonte para o dito módulo. A dita segunda fonte pode também prover pelo menos uma ferramenta eletricamente operada. A dita pelo menos uma ferramenta eletricamente operável pode ser montada no dito veículo ou dito primeiro módulo.
[0026] O dito módulo pode ser preso à parte traseira do dito Veículo Remotamente Operado. O dito método pode também compreender a etapa de prender um segundo módulo, tal como um cone de nariz, para melhorar a hidrodinâmica do dito Veículo Remotamente Operado ao mover.
[0027] Os ditos meios de propulsão também podem, em uso, obter sua energia do dito Veículo Remotamente Operado.
[0028] Os ditos meios de propulsão adicionais podem ser eletricamente acionados.
[0029] O dito primeiro módulo pode também compreender flutuabilidade para manter a flutuabilidade neutra e estabilizantes, tais como aletas, para auxiliar a estabilidade.
[0030] O dito método pode também compreender a remoção do (s) dito (s) módulo (s) e substituí-lo (s) com um módulo de aparelhagem, o dito módulo de aparelhagem usando uma fonte de energia que foi usada pelo dito primeiro módulo.
[0031 ] Em um outro aspecto da invenção, é provido um método para adaptar um veículo submarinho substancialmente hidráulico para
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7/14 permitir o mesmo diretamente acionar pelo menos um dispositivo elétrico, o dito veículo normalmente apenas compreendendo uma fonte de energia hidráulica obtida de uma fonte elétrica principal, o dito método compreendendo fornecer uma fonte elétrica secundária ao dito veículo, ambas as ditas fontes principal e fonte secundária sendo providas por meio de um umbilical.
[0032] O dito veículo submarinho pode ser um Veículo Remotamente Operado submersível.
[0033] A dita fonte elétrica secundária pode ser provida para o acionamento direto de qualquer aparelhagem elétrica montada ou usada pelo dito veículo submarinho.
[0034] O dito umbilical preferivelmente tem um núcleo diferente ou conjunto de núcleos para liberar a dita fonte elétrica principal e a dita fonte elétrica secundária, a dita fonte elétrica principal e a dita fonte elétrica secundária sendo fontes separadas. A dita fonte elétrica secundária pode ser liberada diretamente ao vaso ou por meio de um cabo e sistema de gerenciamento de cabo associado. No último caso pode ser fornecido um núcleo adicional ou conjunto de núcleos no umbilical para prover energia ao dito sistema de gerenciamento de cabo. [0035] O dito método pode também compreender o encaixe de um módulo de aparelhagem, tal como uma bomba de água elétrica, o dito módulo de aparelhagem usando a dita fonte elétrica. O dito método pode alternativamente compreender o encaixe do aparelho de acordo com o primeiro aspecto da invenção, a dita fonte elétrica sendo usada para prover energia aos ditos meios de propulsão adicionais.
[0036] Em um outro aspecto da invenção, é fornecido um veículo submarinho substancialmente hidráulico adaptado para o acionamento direto de pelo menos um dispositivo elétrico, o dito veículo normalmente apenas compreendendo uma fonte de energia hidráulica obtida de uma fonte elétrica principal, o dito veículo compreendendo uma fonte elétrica
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8/14 secundária, ambas as ditas fontes principal e fonte secundária sendo dispostas para ser providas por meio de um umbilical.
[0037] O dito veículo submarinho pode ser um Veículo Remotamente Operado submersível.
[0038] O dito veículo pode ter nele montado aparelhagem elétrica, a dita fonte elétrica secundária sendo provida para o acionamento direto da dita aparelhagem.
[0039] O dito umbilical preferivelmente tem um núcleo diferente ou conjunto de núcleos para liberar a dita fonte elétrica principal e a dita fonte elétrica secundária, a dita fonte elétrica principal e a dita fonte elétrica secundária sendo fontes separadas. A dita fonte elétrica secundária pode ser disposta para ser liberada diretamente ao vaso ou por meio de um cabo e sistema de gerenciamento de cabo associado. No último caso pode ser fornecido um núcleo adicional ou conjunto de núcleos no umbilical para prover energia ao dito sistema de gerenciamento de cabo.
[0040] O dito veículo pode também compreender um módulo de aparelhagem encaixado a este, o dito módulo de aparelhagem sendo disposto para usar a dita fonte elétrica. O dito módulo de aparelhagem pode compreender uma bomba de água elétrica. O dito veículo pode alternativamente compreender o aparelho de acordo com o primeiro aspecto da invenção encaixado a este, a dita fonte elétrica sendo usada para prover energia aos ditos meios de propulsão adicionais.
Breve Descrição dos Desenhos [0041] As modalidades da invenção serão agora descritas, por via de exemplo apenas, em referência aos desenhos em anexo, em que: [0042] Figura 1 mostra o aparelho de acordo com uma modalidade da invenção; compreendido de um Módulo Propulsor e um Módulo de Cone de Nariz.
[0043] Figura 2 mostra o aparelho da Figura 1 como ligado a um
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Veículo Remotamente Operado.
[0044] Figuras 3a, 3b, 3c e 3d mostram a distribuição de energia, respectivamente, em uma configuração padrão de ROV e sistema de gerenciamento de cabo, uma configuração conhecida de ROV com um sistema de gerenciamento com cabo, o arranjo descrito na Figura 2 e uma configuração para a aparelhagem eletricamente acionada montada no veículo de acordo com uma modalidade adicional da invenção. Descrição Detalhada das Modalidades [0045] Figura 1 mostra o aparelho para converter um Veículo Remotamente Operado submersível (ROV) de um tipo particularmente adaptado para trabalho de construção e de manutenção em um adequado para trabalho de pesquisa de ruído baixo, de velocidade alta. [0046] O aparelho compreende um cone de nariz 100 e um módulo propulsor 110, estes sendo módulos de complemento removíveis para um ROV. O módulo propulsor 110 compreende propulsores elétricos 120, material de flutuabilidade ou flutuadores 130, aletas de estabilidade 140 e meios de conexão elétrica 150.
[0047] A FIG. 2 mostra o mesmo aparelho limitado em ROV 200. O ROV 200 é do tipo de construção conhecida, sendo essencialmente muito quadrada na forma e sendo equipada com um grande motor hidráulico de aproximadamente 150 HP. Essa configuração de forma e impulsor o torna inadequado para trabalho de levantamento não modificado.
[0048] O cone de proa 100 é conectado à frente do ROV 200 e o módulo impulsor 110 na traseira. A conexão do cone de proa e do módulo ao ROV pode ser através de interfaces do tipo pino de encaixe dedicado embora outros dispositivos sejam contemplados. Os ditos cone e módulo podem ser projetados para serem facilmente removíveis tal que o ROV 200 é facilmente convertido entre ambos o modo de construção e levantamento de operação.
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10/14 [0049] O dispositivo de conexão elétrica 150 no módulo impulsor 110 conecta ou é conectado a uma fonte elétrica no ROV 200. O ROV usualmente obterá essa fonte elétrica a partir de seu umbilical que também entrega a fonte elétrica para sua energia hidráulica (o ROV sendo equipado com uma unidade de energia Eletro-hidráulica (HPU) para converter a fonte elétrica em uma fonte hidráulica). Essas duas fontes elétricas são obtidas a partir de diferentes fontes, e são entregues ao ROV/módulo via diferentes núcleos no umbilical. Tal umbilical, entregando duas fontes de energia, é conhecido como um umbilical de sistema dual.
[0050] A adição dos impulsores elétricos 120 resulta em haver 110 HP adicional disponível para propulsionar o veículo através da água. Impulsores elétricos são também dispositivos de ruído relativamente baixo comparados a impulsores hidraulicamente acionados, particularmente quando sendo usados em potência total, e, portanto, qualquer aumento em energia obtido não está no custo de ruído amplamente aumentado. Isso é particularmente importante para um veículo contando com métodos acústicos para levantamento. É também um dispositivo muito mais eficiente de propulsão.
[0051] Na prática, quando executando operações de levantamento de alta velocidade, um ROV 200 adequadamente equipado com o módulo impulsor 110 (e cone de proa opcional 100), tem sua pressão de sistema hidráulico reduzida para um mínimo, seus impulsores hidráulicos sendo usados somente para fornecer controle automático de curso e profundidade. Toda a impulsão dianteira é fornecida pelo módulo impulsor montado na traseira eletricamente acionado. Usado dessa forma, o ROV não é necessariamente mais rápido do que se fosse acionado por seus impulsores hidráulicos sozinhos, mas é muito mais silencioso em alta velocidade.
[0052] Além disso, a adição do cone de proa 100 e quilhas traseiras
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140 amplamente aperfeiçoa a hidrodinâmica e estabilidade em alta velocidade do ROV 200 à medida que é propulsionado através da água, virando o ROV 200 a partir de uma forma amplamente cuboide em um veículo mais fino e mais similar em design a ROVs de levantamento dedicados ou em um AUV. A flutuação 130 também auxilia em fornecer estabilidade. O cone de proa poderia também incorporar quilhas ou superfícies de controle para aperfeiçoar estabilidade em altas velocidades.
[0053] As FIGs. 3A e 3B mostram a distribuição de energia para dois sistemas da técnica anterior projetados para trabalho do tipo construção/manutenção. A FIG. 3A mostra o ROV 200 e o Sistema de Gerenciamento de Correia (TMS) 310 conectado pela correia 320. O TMS é também conectado à superfície via um umbilical principal 340. A FIG. 3B mostra quase o mesmo aparelho, mas com a adição de impulsores 350 conectados ao TMS, isso habilita o TMS 310 a se mover independentemente do ROV 200.
[0054] No exemplo da FIG. 3A, o umbilical 340 é um umbilical de sistema de transmissão dual típico fornecendo energia a ambos o TMS 310 e o ROV 200, via núcleos separados no umbilical. O umbilical 340 fornece 25 HP ao TMS 310 e 150 HP ao ROV 200 (via a correia 320). Nessa configuração, o ROV 200 e o TMS 310 são projetados para serem lançados próximos ao seu sítio de trabalho, e uma vez lá, o TMS 310 é projetado para ficar amplamente em um lugar enquanto o ROV 200 se responsabiliza por seu trabalho.
[0055] Na FIG. 3B, o TMS 310 é equipado com impulsores fornecendo 110 HP de impulsão e é, portanto, capaz de se propulsionar. Isso habilita ao ROV 200 ser capaz de viajar em distâncias além das que sua correia normalmente permitiría. O TMS pode também ser posicionado melhor para suportar o ROV 200. A facilidade em ter um grande sistema de transmissão de 110 HP no umbilical 340 para
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12/14 habilitar o TMS 310 a ser acionado por Impulsor aperfeiçoa a capacidade operacional do sistema.
[0056] Nos exemplos da técnica anterior mostrados em ambas as FIGs. 3A e 3B, os sistemas de transmissão dual no umbilical 340 são usados para sistemas hidraulicamente acionados no TMS 310 e ROV 200.
[0057] Na FIG. 3C, pode ser melhor visto que a fonte de 150 HP fornecida para acionar o ROV hidráulico 200 e a fonte de 110 HP fornecida para acionar os impulsores elétricos 120 são obtidas diretamente a partir do umbilical principal 340. O uso desse sistema de transmissão dual para propulsionar coletivamente o ROV adaptado 200, 110, 100 (como oposto à necessidade de propulsionar o TMS 310 separadamente como no exemplo anterior), usando ambos o motor hidráulico do ROV e os impulsores elétricos do módulo impulsor, habilita ambos um sistema de propulsão hidráulica e um sistema de propulsão elétrica a serem usados em conjunto com um ROV 200. Isso permite a propulsão principal dianteira a ser fornecida pelo módulo impulsor eletricamente acionado 110, operando em baixo ruído, enquanto o controle de curso e profundidade pode ser fornecido pelo sistema hidráulico. Essa configuração de energia e impulsor fornecerá a capacidade do veículo 200 em alcançar velocidades muito maiores, enquanto mantendo saída de baixo ruído (significantemente mais silenciosa do que um ROV de construção padrão), particularmente em conjunto com aerodinâmica aumentada resultante do cone de proa 100 e das quilhas 140.
[0058] O fornecimento de uma segunda fonte elétrica de 110 HP no veículo também permite ao veículo 200 acionar um número de itens de ferramental ou equipamento eletricamente acionado. Tradicionalmente, qualquer ferramental montado no veículo seria acionado pelo sistema hidráulico de veículo. Isso geralmente restringe a capacidade de
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13/14 ferramental que pode ser usado à medida que seria limitado pela fonte hidráulica disponível a partir do veículo. Tendo uma fonte elétrica de 110 HP disponível no veículo, ferramental eletricamente acionado pode ser usado assim evitando a limitação tradicional imposta pelo sistema hidráulico do veículo. Isso habilita o veículo 200 a manipular sistemas de ferramental muito maiores do que previamente possível, bem como significantemente aumentando a eficiência (ferramentas eletricamente acionadas são mais eficientes do que ferramentas hidraulicamente acionadas).
[0059] Na modalidade da FIG. 3C, a fonte elétrica é fornecida diretamente ao veículo 200 a partir do umbilical 340. Como mostrado na FIG. 1, o módulo impulsor 110 é capaz de fornecer sua energia a partir do umbilical via o veículo 200 e, em particular, o conector elétrico 150. [0060] É também observado que o módulo Impulsor de 110 HP poderia ser substituído por um módulo de Ferramental de 110 HP eletricamente acionado. Isso poderia ser feito, por exemplo, depois do término do trabalho de levantamento e quando a construção é iniciada novamente. Um exemplo de módulos de ferramental que podem ser ajustados é uma bomba de água acionada eletricamente. Isso poderia ser usado, por exemplo, para operações de escavação, rotor de tubulações ou de teste de pressão.
[0061] A FIG. 3D mostra uma modalidade onde o módulo impulsor foi substituído pelo módulo ferramental 400. Nessa modalidade, o ROV é conectado ao umbilical 410 via a correia 420 e o TMS 310. Nesse caso, o umbilical 410 é fornecido com 3 sistemas de transmissão, um para o TMS 310 (25 HP), um para o ROV hidráulico (150 HP) e um para a fonte de 110 HP do módulo montado no ROV. Na configuração mostrada, o TMS fornece energia à unidade de energia hidráulica de 150 HP no ROV enquanto também fornecendo a fonte elétrica de 110 HP ao ROV e módulo respectivamente, via uma única correia.
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Consequentemente, é fornecida uma fonte de 110 HP no veículo disponível para acionamento elétrico direto de ferramental.
[0062] Os exemplos anteriores são para ilustração somente e deveria ser entendido que outras modalidades e variações são observadas sem abrir mão do espírito e escopo da invenção. Por exemplo, as figuras citadas são somente exemplos e a pessoa versada na técnica perceberá que outros arranjos de distribuição de energia são possíveis.