PT106408A

PT106408A - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo na deslocação de meios móveis

Info

Publication number: PT106408A
Application number: PT106408A
Authority: PT
Inventors: Adriano Moreira De Carvalho
Original assignee: Adriano Moreira De Carvalho
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2013-12-27
Also published as: WO2014003590A3; WO2014003590A2

Abstract

TURBINA PARA FLUIDOS EM MOVIMENTO E DO SEU REFLUXO NA DESLOCAÇÃO DE MEIOS MÓVEIS.O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UMA TURBINA PARA A CONVERSÃO DA ENERGIA CINÉTICA EM MECÂNICA DE FLUIDOS, LÍQUIDOS OU GASOSOS, EM MOVIMENTO QUE VISA PARTICULARMENTE A PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA, QUANDO ACOPLADA A UM GERADOR. O REFERIDO INVENTO CONSISTE BASICAMENTE NUMA TURBINA QUE COMPREENDE UM OU DOIS ROTORES DE ACÇÃO (1), QUE SE SEMI-ABRIGAM NUMA MEIA-CÂMARA (2), E QUE CAPTAM COM AS PÁS EXPOSTAS O FLUXO DO FLUIDO SOB A FORMA DE ARRASTO E TÊM UM REFLECTOR ASSOCIADO QUE REFLETE PARA AS PÁS DO ROTOR O FLUIDO INCIDENTE (3). O INVENTO TEM ESPECIAL APLICAÇÃO, NA ENERGIA EÓLICA, NA ABSORÇÃO DA ENERGIA DAS ONDAS DA CORRENTE MARÍTIMA PARA A COSTA, NAS CORRENTES DOS RIOS E EM MEIOS MÓVEIS EM MOVIMENTO; COMO VEÍCULOS MARÍTIMOS, FLUVIAIS, TERRESTRES E AÉREOS.

Description

DESCRIÇÃO TURBINA PARA FLUIDOS EM MOVIMENTO E DO SEU REFLUXO NA DESLOCAÇÃO DE MEIOS MÓVEIS. Área técnica da invenção

Na área das energias renováveis há actualmente uma procura de novas tecnologias e de novas turbinas para a absorção da energia cinética de fluidos em movimento, nomeadamente, na energia eólica, na energia hidrica e na energia das ondas, gue ofereçam maior rendimento na captação da energia cinética dos fluidos, maior simplicidade de instalação e maior facilidade de manutenção.

Estado da técnica

Na energia eólica com os seus aerogeradores modernos de tecnologia recente têm se firmado como uma forte alternativa na composição da matriz energética de diversos países. No entanto, reserva-se para as maiores alturas e fora das zonas urbanas, deixando em aberto o aproveitamento para outros dispositivos a baixas alturas, zonas urbanas e, em especial, em terraços de edifícios, possibilitando a existência de edifícios verdes. 0 caudal dos rios no seu movimento é outro recurso a considerar, dentro das energias renováveis, mediante a captação do fluxo das suas correntes, através de turbinas cinéticas que não perturbem o seu ambiente. Também o aproveitamento da energia das ondas é uma área em desenvolvimento e investigação, apesar de ainda estarmos perante uma tecnologia não estabilizada. Os sistemas de costa ou próximos da costa, estão normalmente localizados em águas 1 pouco profundas, apoiados directamente na costa ou próximos dela, são praticamente os únicos que atingiram a fase semi-comercial.

Por outro lado, a captação da energia do refluxo dos fluidos que oferecem resistência à deslocação de veículos, quer motivada pela água ou quer pelo ar, pode ser uma nova forma de aproveitamento de energia renovável a explorar.

Sumário da Invenção A presente invenção refere-se a uma turbina para absorver a energia cinética de fluidos líquidos ou gasosos em movimento e transformá-la em energia mecânica de rotação. E visa particularmente a produção de energia eléctrica, quando através de uma transmissão mecânica é acoplada a um gerador. Esta invenção compreende uma turbina de arrasto cujas características permite rendimentos competitivos às usuais turbinas de sustentação e com vantagens na facilidade de arranque e de funcionar com eixo vertical ou horizontal. Consegue-se assim obter melhor rendimento com a utilização de uma turbina com dois rotores integrados numa meia-câmara e cada um com o seu reflector, isto é, constituídos pelas três peças básicas ao seu funcionamento; rotor, meia-câmara e reflector, mas em duplicado.

Cada um dos rotores que está semi-recolhido numa meia câmara que permite que a sua metade interior não sinta o efeito do arrasto do fluido, pelo que, só a parte exterior do rotor é atingida pelo fluxo do fluido.

Por outro lado, existe um reflector para cada rotor, que colocado do lado da meia câmara, vai reflectir todo o fluido, que choque na sua superfície, na direção das pás receptoras do rotor, aumentando a sua força de arrasto e assim a potência da turbina. 2 0 presente invento apresenta polivalência nas suas aplicações; quer no aproveitamento da energia eólica, quer nas correntes dos rios ou maritimas, bem como, vem proporcionar uma nova forma no aproveitamento de energia dos recursos renováveis, ar ou água, quando instalado em veiculos em movimento, aproveitando o refluxo dos fluidos que se opõem ao seu deslocamento.

Na energia eólica, esta turbina para além do seu uso regular na absorção da energia do vento, que pode funcionar com eixo vertical ou com eixo horizontal, tem especial aplicação para locais de baixas alturas ou terraços de edifícios. A turbina que refere o presente invento é caracterizada por ser um equipamento mecânico sem condutos, do tipo hidrocinético, permitindo uma fácil aplicação na absorção da energia cinética das correntes dos rios.

No aproveitamento da energia das ondas da corrente maritima em direcção à costa, esta turbina utilizada na versão subdividida, isto é, com um só rotor, tem plena aplicação quando posicionada em águas de baixas profundidades, (5-20m) na zona onde predominam as ondas de transição, com fluxos de correntes, que se movimentam perpendicularmente em direcção à costa com enorme potencial de energia.

As suas caracteristicas permitem absorver a energia cinética das ondas no seu movimento para a costa quando semi-mergulhada, na posição de eixo vertical, a profundidade que acompanhe a variação da maré. Este dispositivo é ancorado a uma infra-estrutura fixa ou flutuante, posicionada próxima da costa e na direcção perpendicular à linha de avanço das ondas. E o facto de estar fixo a uma infra-estrutura de protecção costeira, permite que fique abrigada e protegida das condições de mar revolto ou temporais e constitui uma estratégia para enfrentar as ondas mais radicais, pelo que, a utilização deste invento proporciona um novo conceito da absorção da energia maritima. 3 E, outra oportunidade de aplicação que este invento apresenta é proporcionar o aproveitamento do refluxo dos fluidos que fazem resistência à deslocação de meios móveis, nomeadamente, navios ou outros veículos terrestres ou aéreos. - a fig.l é uma representação em perspectiva esquemática de uma concretização do dispositivo da turbina de acordo com o invento; e - a fig.2 é um corte esquemático em vista superior da turbina da fig.l; e - a fig.3 é uma representação em perspectiva esquemática de uma concretização do dispositivo da turbina com um só rotor, de acordo com o invento da fig. 1; e - a fig.4 é uma representação em corte de uma concretização simplificada da turbina com um só rotor na posição de eixo horizontal e da configuração das suas pás, de acordo com o presente invento fig.l

Descrição da concretização preferida

Fazendo referência às figuras, vai ser agora descrita a concretização preferida do invento, em que a turbina é constituída por um conjunto de órgãos representados nas ditas figuras, montadas como seguidamente se descreve. 0 dispositivo de acordo com o presente invento da fig.l compreende duas turbinas anexadas em posição oposta. E cada turbina é constituída basicamente por três peças fundamentais; o rotor que recebe o impulso dos fluidos (1) , a meia-câmara (2) onde o rotor está semi-abrigado e o refletor (3) que reflete o fluido para o rotor. 4

Descrevendo o posicionamento das respectivas peças de cada um dos constituintes atrás referidos e fazendo referência também às figs.2,3,4. 0 rotor (1) , é constituído por duas bases circulares paralelas, (4) que estão ligadas entre si, por quatro pás (5) e tem no topo inferior um flutuador (6) e no topo superior um veio de transmissão (7).

Este veio de transmissão (7) apoia-se em chumaceira da estrutura de suporte (12). Esta estrutura de suporte poderá ser do lado superior quando a sua aplicação é aquática, no mar ou nos rios, ou poderá ser sustentada pelo lado inferior quando a sua aplicação é eólica, como poderá ainda ser suportada em posição de eixo horizontal para as aplicações em meios moveis.

As quatro pás (5) do rotor, (fig.2,4) que ligam as duas bases estão colocadas entre si de forma simétrica em posição perpendicular e no mesmo sentido circular, sendo cada pá (5) formada por uma superfície côncava do lado exterior (8) e por uma superfície recta do lado interior. (9). A superfície côncava (8) de cada pá, posicionada para a recepção do fluido, é de um quarto de círculo, que se estende sob a forma recta (9) em metade da pá. No lado da convexidade e na parte recta de cada pá, (9) existe um relevo triangular, (10) para redução da força de arrasto. Nas extremidades interiores das quatro pás (5) estão distanciadas entre si formando os vértices de um quadrado (11). O rotor (1) possui ainda, na base circular inferior, um cone flutuador e impulsionador do seu peso, aplicável na água (6), sob a forma de triângulo equilátero e cujo seu interior é oco. A meia-câmara (2), onde o rotor (1) está instalado e recolhido em metade do seu diâmetro, é formada por uma superfície circular de 90° a montante da recepção do fluido. A turbina é composta ainda por um reflector, (3) superfície rectangular, lado da hipotenusa de um triângulo, que reflecte 5 a corrente do fluido, colocado a montante da meia-câmara, (2) do lado da recepção do fluido. 0 funcionamento deste equipamento baseia-se essencialmente na captação da força do fluido em movimento que colide directamente contra as pás expostas do rotor, bem como pela força do fluido em movimento que incide no reflector e se reflete no sentido das pás expostas do rotor. Δ rotação do rotor é por sua vez potenciada pela força de reacção ao fluido que o atravessa e vai incidir na pá oposta diametralmente.

Esta turbina é fixa a uma carcaça que a suporta (12), que por sua vez, se apoia em uma infra-estrutura, fixa ou móvel. (13) No mar este dispositivo poderá funcionar só com uma turbina (fig.4) quando fixa a uma infra-estrutura, já existente ou construída para o efeito, desde que o seu posicionamento seja favorável ao avanço das ondas, isto é, na posição perpendicular à linha das ondas no seu avanço para a costa. 0 dispositivo no mar funciona na posição de eixo vertical, semi-mergulhado, com a sua extremidade inferior colocada junto ao zero hidrográfico para abranger as variações das marés.

Nos rios ou canais o dispositivo, composto pelas suas duas turbinas, funciona mergulhado também na posição de eixo vertical e é fixo a um suporte do tipo guindaste.

Nas aplicações eólicas pode ter várias modificações, nomeadamente no que diz respeito à dimensão, ao funcionamento na posição de eixo vertical ou horizontal, como pode ser subdividido e funcionar só com uma turbina.

Assim, o dispositivo objecto do presente invento é caracterizado por ser um equipamento mecânico, concebido para absorver a energia cinética de fluidos transformando-a em energia mecânica de rotação e quando acoplada a um gerador por um sistema de transmissão permite a produção de energia eléctrica. E, tem aplicação industrial na absorção da energia das ondas das correntes de marés, das correntes de rios, na energia eólica e na absorção do refluxo dos fluidos que fazem 6 resistência ao movimento de veículos marítimos, fluviais, terrestres ou aéreos.

Maia, 27 Junho de 2012 7

Claims

REIVINDICAÇÕES 1 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo da deslocação de meios móveis para a conversão da energia cinética em mecânica, caracterizada por compreender um dispositivo com três componentes básicos ao funcionamento da turbina, os rotores (1) que giram semi-abrigados nas meias câmaras (2), que têm do lado do fluxo do fluido, um refletor (3) que liga a extremidade da meia-câmara à superfície da base de suporte, com um declive de um ângulo agudo, sendo cada rotor constituído por duas bases circulares paralelas (4) , que estão ligadas entre si, por quatro pás (5), tendo num topo um cone oco (6) e no outro topo um veio de transmissão (7), ligado à estrutura (12), estando as pás que ligam as bases colocadas entre si de forma simétrica em posição perpendicular e no mesmo sentido circular, sendo cada pá formada por uma superfície côncava do lado exterior (8), e por uma superfície recta do lado interior (9), e a superfície côncava (8) de cada pá, posicionada para a recepção do fluido, é de um quarto de círculo, que se estende sob a forma recta em metade da pá (9), tendo do lado da convexidade e na parte recta de cada pá (9), um relevo triangular (10), e as extremidades interiores das quatro pás (5) estão distanciadas entre si formando os vértices de um quadrado (11) , por sua vez, este dispositivo da turbina, consoante a aplicação, poderá ser fixado a uma estrutura de suporte na posição de eixo vertical ou de eixo horizontal, como poderá ser fixo a uma parede de uma infra-estrutura marítima ou fluvial, fixa ou flutuante.
2 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir dois rotores (1). 1
3 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 e 2, caracterizada pela configuração de cada rotor (1) ter duas bases circulares paralelas (4) ligadas por quatro pás simétricas (5).
4 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 3, caracterizada por cada pá ser semicurva (8) na extremidade exterior (8) e recta na extremidade interior (9).
5 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 4, caracterizada pelas extremidades interiores das pás (8) estarem espaçadas entre si formando os vértices de um quadrado.
6 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 5, caracterizada pelas pás do rotor (1) terem no lado da convexidade sobre a superfície recta (9) um relevo triangular (10).
7 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 6, caracterizada pelo rotor (1) ter no topo de uma base circular um eixo de transmissão (7) .
8 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 7, caracterizada pelo rotor (1) ter no topo da outra base paralela um cone oco.
9 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 8, caracterizada por ter uma meia câmara com uma curvatura de 90° que se estende de um dos lados por uma superfície plana (2). 2
10 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 9, caracterizada pelo rotor (1) funcionar em metade do seu diâmetro dentro da meia câmara (2) .
11 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 10, caracterizada por possuir uma superfície refletora plana (3) que liga a extremidade da meia câmara (2) à base da estrutura de suporte formando um ângulo agudo.
12 - Turbina para fluidos em movimento e do seu refluxo de acordo com a reivindicação 1 a 11, caracterizada pela turbina poder funcionar subdividida só com um rotor. Águas Santas, 17 Setembro de 2012 3