PT103911A

PT103911A - Dispositivo de aproveitamento da energia do mar a partir do movimento das ondas

Info

Publication number: PT103911A
Application number: PT103911A
Authority: PT
Inventors: Nuno Armando Da Fonse Teixeira
Original assignee: Sea For Life Lda
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-06-29
Also published as: WO2009093920A1

Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UM DISPOSITIVO DE APROVEITAMENTO DE ENERGIA A PARTIR DO MOVIMENTO DAS ONDAS DO MAR PARA A PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA. O DISPOSITIVO É CONSTITUÍDO POR UMA ESTRUTURA EXTERIOR (1), TIPO CÁPSULA, QUE ESTARÁ EXPOSTA AO MOVIMENTO DAS ONDAS, E POR UMA ESTRUTURA INTERIOR (2), TAMBÉM TIPO CÁPSULA LIGADA À ESTRUTURA EXTERIOR, AMBAS HERMETICAMENTE FECHADAS, OCAS E DE CONFIGURAÇÃO GEOMÉTRICA DIFERENTE. DENTRO DA ESTRUTURA INTERIOR (2) EXISTEM FLUIDOS ADEQUADOS (GÁS E LÍQUIDO(S))(4 E 3), QUE POR ACÇÃO DAS FORÇAS GRAVÍTICAS TENDERÃO A MANTER-SE DE MODO ESTÁVEL APESAR DOS MOVIMENTOS DA ESTRUTURA EXTERIOR. ESTE MOVIMENTO RELATIVO, ESTRUTURA/MASSA LÍQUIDA É APROVEITADO POR UM ENGENHO CONVERSOR (5) QUE MOVIMENTA UM SISTEMA HIDRÁULICO, O QUAL ACCIONA UM GERADOR DE PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA.

Description

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DESCRIÇÃO

"DISPOSITIVO DE APROVEITAMENTO DA ENERGIA DO MAR A PARTIR DO MOVIMENTO DAS ONDAS" Âmbito do invento 0 presente invento diz respeito a um dispositivo de aproveitamento da energia a partir da movimentação das ondas. Técnica anterior

Actualmente, em virtude da crise petrolífera em que as sociedades estão inseridas, é cada vez maior a recorrência a energias alternativas, nomeadamente à energia do mar e particularmente à energia gerada pelas ondas do mar. São muitos os documentos sobre o aproveitamento de energia das ondas do mar que recorrem à transformação de energia potencial em energia cinética. São no entanto menos os documentos da técnica anterior que utilizam de maneira diferente a energia da movimentação das ondas. Entre esses documentos são de referir os pedidos de patente FR 0410927 e WO 02/061277. -Ι Ο pedido de patente FR 0410927 diz respeito a um aparelho próprio para converter energia das ondas em energia eléctrica, compreendendo um elemento de flutuação fechado e um elemento de formação de massa, o elemento de formação de massa sendo disposto dentro do elemento de flutuação e montado de forma móvel em relação ao elemento de flutuação, o elemento de formação de massa sendo próprio para ser posto em movimento relativo com respeito ao elemento de flutuação mediante a acção das ondas sobre o elemento de flutuação. O invento é caracterizado por compreender também uns meios de bloqueamento próprios para bloquear o movimento do elemento de formação de massa e uns meios de controlo próprios para controlar os meios de bloqueamento para bloquear ou libertar de uma forma selectiva o elemento de formação de massa, de maneira a amplificar o movimento do elemento de formação de massa por constante adaptação da dinâmica do aparelho às sucessivas ondas. Conforme se pode observar, o aproveitamento energético da solução deste documento da técnica anterior, resulta do diferencial de movimentos entre uma plataforma flutuante e um sistema de volante de inércia a funcionar na vertical com movimento num eixo horizontal acoplado à plataforma flutuante. O pedido de patente WO 02/061277 diz respeito à utilização da energia produzida por um pêndulo que se move livremente em qualquer direcção em relação a um suporte, o referido suporte formando o real elemento móvel instalado, por exemplo, num elemento flutuante que balança devido ao movimento da água, isto é, devido ao efeito das ondas. Por 2 2

Fig.2 - 3 - meio do deslocamento relativo entre o pêndulo e a armação de suporte, aquele vai actuar sobre uma série de transformadores de energia que convertem em energia eléctrica a energia mecânica gerada pelo pêndulo. Neste caso, o aproveitamento energético resulta do diferencial de movimentos entre uma plataforma flutuante e um pêndulo de massa sólida com movimento livre.

Nenhum dos documentos anteriormente citados utiliza uma massa fluida, donde resulta que as tensões envolvidas são significativamente menores que as provocadas pelas massas sólidas. Tal facto, a utilização de massas fluidas, proporciona movimentos de modo mais ordenado e confere uma maior integridade estrutural, o que vai permitir a construção de dispositivos de maiores dimensões. A massa fluida utilizada neste pedido de patente serve tanto para o principio da movimentação das ondas como para a criação de um ambiente adequado ao funcionamento e facilidade de manuseamento, massa fluida essa que pode ser colocada ou retirada no local a instalar.

Breve descrição dos desenhos A descrição que se segue baseia-se nos desenhos anexos que, sem qualquer carácter limitativo, ilustram dois modelos de realização do invento: 3

Fig. 3 -4- - A figura 1 representa uma vista em corte longitudinal, em que o dispositivo está na posição de estabilidade. - A figura 2 representa uma vista em corte longitudinal, em que o dispositivo está elevado devido à acção da onda incidente . - A figura 3 representa uma vista em corte do dispositivo, de modo a descrever o sistema conversor do engenho e o seu sistema de controlo. - A figura 4 representa uma vista em corte longitudinal de um segundo modo de realização no qual o dispositivo apresentado está na posição de estabilidade. - A figura 5 representa uma vista em corte longitudinal, em que o dispositivo do segundo modo de realização se encontra elevado devido à acção da onda incidente. - A figura 6 representa uma vista lateral exterior com a referência a uma possibilidade de amarração do dispositivo e de transporte de energia. - A figura 7 representa o esquema do sistema de transmissão de potência ao gerador eléctrico, assim como a forma de auto-controlo do dispositivo.

Descrição detalhada do invento

Conforme se pode observar nas figuras 1 a 3, o dispositivo de aproveitamento de energia das ondas do mar é constituído por uma estrutura exterior 1, tipo cápsula, 4 4

Fig. 4 - 5 - hermeticamente fechada e de interior oco, existindo uma abertura para acesso de manutenção com uma vedação tipo estática (não representada) . No seu interior é criada uma estrutura 2 ligada à estrutura exterior, com característi-cas idênticas, tipo cápsula, embora com forma geométrica diferente, também oca e hermeticamente fechada, de modo a permitir a criação no seu interior de um ambiente adequado ao funcionamento do engenho conversor (5, 6, 9, 10 e 11) . A ligação entre a estrutura 1 e 2 é feita de forma a serem criados compartimentos estanques. Os que se situam no nível superior serão destinados à casa das máquinas 7 e no nível inferior assumem a função de depósitos de lastro 8 . 0 posicionamento da estrutura 1 em relação à linha de água é em função do estado do mar.

No interior da estrutura 2, são colocados fluidos 3 e 4, a agir livremente, nomeadamente fluidos(s) líquidos (s) 3, com as caracteristicas mais adequadas (antioxi-dantes, anticongelantes, não deterioráveis, lubrificantes, entre outras), que aquando das solicitações na estrutura 1 pela acção das ondas, vai tender a manter a sua estabilidade inicial devido às forças gravíticas que nele actuam. Ao ocorrer esta situação vai existir um deslocamento relativo entre a estrutura 1, que se encontra em movimento, e o fluido 4, que se encontra tendencialmente parado (posição horizontal).

Este movimento vai ser aproveitado por um engenho conversor, constituído por uma plataforma 5 a flutuar no líquido 3, que no seu ponto central contém uma articulação 5 5

Fig. 5 - 6 - rotativa 9, assente no princípio de balancé, que está instalada numa estrutura de guiamento vertical 10 fixa às paredes interiores da estrutura 2. A articulação rotativa 9 fixa a plataforma 5 no dispositivo e define os seus graus de liberdade (movimento de balancé). A referida plataforma 5 é construída com uma massa e um poder de impulsão adequados de modo a que se movimente em consonância com a massa líquida 3. A estrutura de guiamento vertical 10, por exemplo constituída por uma calha em forma de "U" controlada hidraulicamente, permite que se possa exercer o controlo da plataforma 5, no movimento de subida e descida, através de elementos deslizantes, como por exemplo rodízios guiados pela estrutura de guiamento 10, face às várias condições de mar. À plataforma 5 do engenho conversor e à estrutura interior 2, vão ser ligadas as extremidades dos cilindros hidráulicos 6, que irão actuar com o movimento relativo existente entre elas. O controlo da plataforma 5 é feito através dos cilindros hidráulicos 11, baixando-a ou elevando-a de modo a submergi-la no líquido 3 mais ou menos, obtendo assim uma perda ou aumento de rendimento, permitindo uma maior acção de controlo do seu movimento. O sistema hidráulico é formado, para além dos referidos cilindros hidráulicos 6 (bomba linear), por um conjunto de outros órgãos (não representados) necessários ao funcionamento dos geradores eléctricos. A transmissão de energia é feita através do bom-beamento em circuito fechado de óleo para um depósito de 6

Fig. 6 7 alta pressão que debita num motor hidráulico uma determinada pressão e caudal que movimentará o qerador eléctrico (ver fiqura 7). A operacionalidade do dispositivo será feita por auto controlo e/ou controlo remoto, contendo sensores que transmitem a informação necessária a um P.L.C. (Programma-ble Logic Controller) que procede à adequação do dispositivo face às condições de mar existentes de modo a optimizar a produção de energia eléctrica e salvaguardar a sua integridade estrutural.

Num segundo modo de realização, representado nas figuras 4 e 5, e que se baseia no mesmo principio de funcionamento do dispositivo anterior, o engenho conversor assume uma forma diferente. 0 dispositivo é igualmente constituído por estrutura exterior 1 e interior 2, massa líquida 3 e gasosa 4 no interior da estrutura 2. 0 engenho conversor é formado por uma antepara fixa 12 posicionada ao centro da estrutura 2 que a separa em duas câmaras 18 e 19. Existe uma abertura 21 na parte inferior a separar as duas câmaras 18 e 19 que apenas permite a passagem da massa líquida 3 (construída de modo a não permitir a passagem da massa gasosa 4 de uma câmara para a outra (câmaras 18 e 19)) e existe outra abertura 14 na parte superior que apenas permite a passagem da massa gasosa 4.

Devido à acção das ondas sobre a estrutura exterior 1, e pelas mesmas razões referidas na descrição do primeiro dispositivo, existe um movimento relativo entre a 7

Fig.7 - 8 - estrutura interior 2 e a massa liquida 3 contida no seu interior. Devido a este facto a massa liquida vai-se movimentar entre uma e a outra câmara 18, 19, variando o volume ocupado pela massa líquida 3 em cada câmara. Consequentemente, a massa gasosa 4 vai variar de modo inversamente proporcional à massa líquida entre as duas câmaras. Esta movimentação contínua da massa gasosa 4 de uma câmara para a outra vai ser aproveitada por um engenho conversor 13, (turbina ou motor pneumático) que acciona um gerador para produção de energia eléctrica (não representado). 0 controlo do engenho conversor é regulado por duas válvulas reguladoras (não representadas) instaladas na abertura 14 entre as duas câmaras 18 e 19 e por um sistema hidráulico 20 que movimenta uma comporta 22 que serve para regular a passagem 21 do líquido entre as duas câmaras.

As considerações gerais que foram efectuadas para o dispositivo anterior são idênticas às deste agora apresentado, nomeadamente as caracteristicas apresentadas para a massa liquida 3 e gasosa 4.

As figuras 6 e 7 representam respectivamente uma vista lateral exterior com a referência a uma possibilidade de amarração do dispositivo e de transporte de energia e o esquema do sistema de transmissão de potência ao gerador eléctrico, assim como a forma de auto-controlo do dispositivo. O presente dispositivo apresenta face à técnica - 9 - anterior as seguintes vantagens: A versatilidade do dispositivo permite que possa ser instalado em qualquer local (onshore, nearshore, offshore ou ligado a navio/plataforma de logistica/fábrica ou outras).

Reduzidos ou quase nulos impactos ambientais, devido apenas à estrutura exterior 1 estar em contacto com o ambiente em redor e à protecção desta com casco duplo, estruturas 1 e 2, de modo a evitar acidentes prejudiciais ao meio ambiente. A massa fluida 3 existente no interior tem a vantagem de ser facilmente manuseável (colocação no interior do dispositivo), alargando os limites dimensionais.

Devido à utilização de massas fluidas 3 resulta que as tensões envolvidas são significativamente menores que as provocadas pelas massas sólidas utilizadas nas tecnologias anteriores, proporcionando ainda movimentos de modo mais ordenado e conferindo igualmente uma maior integridade estrutural.

Lisboa, 27 de Dezembro de 2007

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo de aproveitamento de energia do mar a partir do movimento das ondas para a produção de energia eléctrica, caracterizado por ser constituído por: uma estrutura exterior 1, tipo cápsula, que estará exposta ao movimento das ondas; uma estrutura interior 2, também tipo cápsula, ligada à estrutura exterior 1; sendo ambas as estruturas 1 e 2 hermeticamente fechadas, ocas e de configuração geométrica diferente, e que criam no seu interior um ambiente adequado ao funcionamento dos demais órgãos; fluidos 3, 4 dispostos dentro da estrutura inte rior 2; um engenho conversor de energia 5, 12 para apro veitamento do movimento relativo estrutura 2/massa líquida 3, massa gasosa 4; um gerador de energia para produção de energia eléctrica; e sensores de um sistema de auto controlo e/ou controlo remoto para transmissão de informação necessária à adequação do dispositivo face às condições do mar existentes, de modo a optimizar a produção de energia eléctrica e salvaguardar a sua integridade estrutural.
2. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a - 2 - forma exterior das estruturas 1 e 2 ter como base um elip-sóide, cujas dimensões, largura, comprimento e altura, variam de acordo com a potência desejada e com condições de distribuição estatística do local, sendo a ligação entre as referidas estruturas feita de modo a serem criados compartimentos estanques destinados à casa das máquinas 7 num nível superior e a depósitos de lastro 8 a um nível inferior, os quais permitem a subida e a descida do dispositivo em relação à linha de água.
3. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os fluidos colocados no interior da estrutura 2, aquando das solicitações da estrutura 1 por acção das ondas, tenderem a manter a sua estabilidade inicial devido às forças gravíticas que neles actuam, fazendo com que exista um movimento relativo entre a estrutura 2 e o fluído 3 que se encontra tenden-cialmente parado na posição horizontal, e consequentemente entre a estrutura 2 e o fluido 4.
4. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por o movimento relativo entre o líquido 3 e a estrutura 2 ser aproveitado por um engenho conversor 5 constituído por uma plataforma a flutuar no referido líquido 3 e por um conjunto rotativo 9 instalado numa estrutura de guiamento vertical 10 fixada às paredes interiores da estrutura 2, engenho esse que acciona um sistema hidráulico 6. - 3 -
5. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o conjunto rotativo 9 fixar a plataforma 5 ao dispositivo e definir os seus graus de liberdade.
6. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a estrutura de guiamento 10 ser controlada hidraulicamente por cilindros hidráulicos 11 que accionam quando necessário o movimento de subida e descida da plataforma 5 face às várias condições de mar, sendo para o efeito dotada de rodízios que são guiados pela estrutura de guiamento 10.
7. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o controlo da plataforma 5, fazendo-a baixar ou elevar, se exercer através dos referidos cilindros 11, de modo a submergi-la mais ou menos para obter uma perda ou aumento de rendimento.
8. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a plataforma 5 e a estrutura interior 2 serem ligadas às extremidades dos cilindros hidráulicos 6 que irão actuar com o movimento relativo existentes entre elas.
9. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o sistema hidráulico ser formado ainda por um conjunto de órgãos necessários ao funcionamento dos geradores eléctri cos.
10 Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a transmissão de energia ser feita através do bombeamento em circuito fechado de óleo para um depósito de alta pressão que debita num motor hidráulico uma determinada pressão e caudal, motor esse que movimenta o referido gerador.
11. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o engenho conversor ser formado por uma antepara fixa 12 posicionada no centro da estrutura que a separa em duas câmaras 18, 19, antepara essa que deixa livre uma passagem inferior 21 que liga as duas câmaras 18, 19, a qual permite apenas a passagem de liquido 3 de uma para outra das referidas câmaras.
12. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com as reivindicações 1 e 11, caracterizado pela existência de um abertura 14 na parte superior da estrutura 2, a qual permite a passagem de massa gasosa 4 de uma câmara para outra, passagem essa que é aproveitada por um conversor 13 .
13. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o conversor ser uma turbina ou um motor pneumático. - 5 -
14. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com as reivindicações 1 e 11 a 13, caracterizado por o engenho conversor 12 ser regulado por duas válvulas reguladoras instaladas na abertura entre as duas câmaras 18, 19 e por um sistema hidráulico que movimenta uma comporta 20 que serve para regular a passagem de liquido entre as duas referidas câmaras.
15. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por ser concebido em qualquer dimensão dependendo do local e da potência desejada e possuir amarrações concebidas de acordo com o tipo de instalação.
16. Dispositivo de aproveitamento de energia, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por os fluidos no interior da estrutura 2, um liquido 3 e um gás 4, terem caracteristicas antioxidantes, anticongelantes, lubrificantes, não deterioráveis. Lisboa, 27 de Dezembro de 2007