BRPI0904590A2 - turbina eólica à vela - Google Patents

Abstract

TURBINA EóLICA á VELA. Turbina Eólica à Vela destinada ao aproveitamento da energia cinética dos ventos. A energia captada dos ventos é transformada em energia mecânica pela rotação da turbina e em seguida transformada em energia elétrica. Dispõe de torre giratóriaapoiada em rodas e trilhos ferroviários que compõem o sistema de mesa de giro do equipamento. A torre é atirantada em um pivó central que permiti a rotação e impede o tombamento desta em caso de ventos muito fortes. A inovação principal da Turbina Eólica à Vela é o fato de possuir captadores eólicos construídos de tecido, com geometria adequada, resistente, impermeável eflexível, que mudam suas formas geométricas pela incidência do vento. Estão os captadores, ora inflados, quando se deslocam a favor do vento e ora encolhidos, quando se deslocam contra o vento. Quando encolhidos, devem adquirir a forma aproximadamente de um cilindro concêntrico com o eixo de rotação da torre para reduzir ao Máximo a resistência à rotação. Dispõe de sistema de regulação de torque constituído por cabos que limitando o inflamento dos captadores eólicos. No caso extremo, os cabos podem manter os captadores totalmente encolhidos, produzindo torque case zero. A Turbina Eólica à Vela mantém a simplicidade das pequenas turbinas e adquire o bom rendimento e controle operacional típicos das medias e grandes turbinas eólicas.

Description

TURBINA EÓLICA A VELA.

A presente invenção refere-se a uma Turbina Eólica destinada aoaproveitamento da energia cinética dos ventos. A energia captada dos ventos étransformada em energia mecânica pela rotação da Turbina e em seguida transformadaem energia elétrica. Para alcançar ventos mais fortes e estáveis as maquinas eólicas sãomontadas com torres bastante altas.

As máquinas eólicas usadas atualmente são construídas montando-se todo opacote de potência eletromecânico sobre a torre. Desta forma caixas de engrenagens,gerador elétrico, painéis elétricos ficam montados sobre a torre. Assim a torre devesuportar enorme peso extra e o acesso para manutenção e operação dos equipamentos édifícil, pois o pessoal técnico tem que subir ao alto da torre para qualquer manutençãorotineira. Os pacotes de potência usados hoje em dia chegam a pesar dezenas detoneladas e a montagem destes sobre a torre exige o uso de enormes e caros guindastes.

As máquinas eólicas de porte médio e grandes usadas atualmente possuemturbinas de eixo horizontal e precisam ser orientadas na direção do vento. As pás daturbina precisam ser giradas para controle do passo da hélice. Estes sistemas deregulação aumentam bastante o custo deste equipamento.

Entre as turbinas eólicas pequenas usadas atualmente existem as de eixovertical, bem mais simples, não precisam ser orientadas para o vento, porém de baixorendimento e não admitem nenhum sistema de regulação.

A presente invenção tem a finalidade de resolver os problemas anteriormentecitados e viabilizar a fabricação de Maquina Eólica mais simples e mais leve que as emuso atualmente, com bom rendimento, com uma relação de custo/beneficio maisfavorável, reduzindo significativamente o custo da energia gerada, permitindo o usomais freqüente da energia eólica e cooperando para a preservação dos recursosenergéticos existentes.

A descrição que se segue e as figuras associadas, tudo dado a título deexemplo não limitativo, farão compreender bem a invenção.

A figura 1 apresenta uma maquina eólica montada. Nesta figura, o número 1representa a estrutura em forma de torre. Esta estrutura esta montada sobre rodasferroviárias. Desta forma a torre gira apoiada em um caminho de rolamento ferroviário.Para impedir que tombe com ventos fortes, a estrutura esta atirantada ao solo por umpivô central. Esta turbina de eixo vertical gira no sentido horário quando vista de cima,qualquer que seja a direção do vento.

Para facilitar a descrição de funcionamento vamos estabelecer que nestemomento a direção do vento seja da esquerda para a direita.

Na figura 1, o numero 2 indica o captador eólico rígido, que está oferecendo asuperfície interna para o vento. A superfície côncava. Este captador esta produzindo aforça motriz. Está se movimentando a favor do vento, isto é, a velocidade tangencialdevido à rotação tem a mesma direção que o vento.

Na figura 1, o numero 3 indica o captador eólico rígido, que está oferecendo asuperfície externa para o vento. A superfície convexa. Este captador esta sofrendo umaforça de arraste pelo vento que dificulta a rotação, isto é, a velocidade tangencial devidoà rotação tem a direção contraria ao vento.

Da diferença do coeficiente de arraste da superfície côncava para a superfícieconvexa é que resulta o momento e a rotação que produz a potência mecânica captadado vento.O principio de funcionamento descrito acima, é o mesmo da turbina eólicatradicional conhecida pelo nome de Turbina Savonius. Bastante usada em pequenasturbinas eólicas. Captadores rígidos. Baixo rendimento. Não admite nenhum sistema deregulação de funcionamento.

Portanto a única novidade apresentada até agora é a torre giratória. A figura 2 representa a Turbina Eólica à Vela. O numero 1 indica a torregiratória descrita na figura 1.

Na figura 2, o numero 2 representa o captador eólico flexível que estáoferecendo a superfície interna para o vento. A superfície côncava. Este captador estaproduzindo a força motriz. Está se movimentando a favor do vento, isto é, a velocidadetangencial devido à rotação tem a mesma direção que o vento. Neste caso, este captadorpor ser construído de tecido, com geometria adequada, resistente, impermeável eflexível, esta inflado pelo vento. Oferece uma área de captação de vento muito superiorao captador tradicional rígido indicado pelo numero 2 da figura 1.

Na figura 2, o numero 3 representa o captador eólico flexível, que estáoferecendo a superfície externa para o vento. A superfície convexa. Este captador estasofrendo uma força de arraste pelo vento que dificulta a rotação, isto é, a velocidadetangencial devido à rotação tem a direção oposta ao vento. Porem como esta encolhidopela própria ação do vento, produz uma resistência a rotação muito inferior a produzidapelo coletor tradicional rígido indicado pelo numero 3 da figura 1. Este torque resistenteao movimento pode ser quase nulo quando este captador assume a forma aproximada deum cilindro concêntrico com o eixo de rotação da torre.Este efeito dos captadores eólicos ora inflarem, ora encolherem pela ação dovento, consideramos similares aos efeitos que ocorrem nas velas das embarcaçõesclassificadas como Veleiros.

Devido a este efeito de vela sobre os captadores eólicos obtemos rendimentosmuito superiores aos apresentados pela Turbina Savonius Convencional.

Os captadores com efeito de vela admitem sistema de controle de Torque. Pelaação de cabos podemos reduzir o curso de insuflamento dos captadores diminuindo otorque produzido. Regulando assim o funcionamento da turbina para se adequar avelocidade do vento a cada momento. No caso de mantermos todos os captadoresforçosamente e totalmente encolhidos pela ação dos cabos de controle teremos umtorque quase nulo.

Assim a Turbina Eólica à Vela mantém a simplicidade das pequenas turbinase adquire o bom rendimento e controles típicos deis médias e grandes turbineis eólicas.Apresenta facilidade de manutenção e operação uma vez que mantém ao nível do solotodo o pacote de potência, painéis elétricos e atuadores de regulação. Isto nos da àcerteza de termos criado uma turbina eólica confiável, de baixo custo e bomrendimento.

Claims (5)

1. Turbina Eólica à Vela, caracterizada pelo fato de ter eixo de rotação verticalcom torre giratória e dois ou mais captadores eólicos flexíveis destinados aaproveitar a energia cinética dos ventos.

2. Turbina Eólica à Vela, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fatode os captadores flexíveis terem sua forma geométrica alterada pela incidência dovento. Estando ora inflados quando se deslocam a favor do vento e oraencolhidos, quando se deslocam contra o vento. Quando encolhidos, devemadquirem a forma aproximadamente de um cilindro concêntrico com o eixo derotação da torre reduzindo ao Máximo a resistência à rotação.

3. Turbina Eólica à Vela, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelofato de que os captadores admitem sistema de regulação de torque. Esta regulaçãoé feita por cabos que limitam o inflamento dos captadores eólicos. No casoextremo, os cabos podem manter os captadores totalmente encolhidos,produzindo torque case zero.

4. Turbina Eólica à Vela, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizadapelo fato de possuir torre giratória apoiada em rodas e trilhos ferroviários quecompõem o sistema de mesa de giro do equipamento. A torre giratória éatirantada a um pivô central que permitir a rotação e impede o tombamento destaem caso de ventos muito fortes.

5. Turbina Eólica à Vela, de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, e 4,caracterizada pelo fato de ter todo o pacote de potência instalado ao nível do solo,permitido o fácil acesso a estes sistemas e facilitando a montagem, a manutençãoe a operação do equipamento.