PT1960659E - Sistema de conversão de energia de marés - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "SISTEMA. DE CONVERSÃO DE ENERGIA DE MARÉS" A presente invenção refere-se a um sistema de conversão de energia, e em particular a um sistema de conversão de energia adaptado para converter a energia das marés em energia elétrica, tal como definido no preâmbulo da reivindicação 1. Um tal sistema é conhecido por exemplo a partir de GB-A-2 131 490. A energia sustentável tornou-se uma componente crucial da produção de energia mundial. No entanto, até agora, apenas representa uma fração da energia produzida, mas está a aumentar. A Irlanda, em conformidade com o acordo de Quioto também pretende expandir a sua produção de energias renováveis, com muitos esquemas já implementados e mais planeados para o futuro.

Uma grande força atuando no nosso planeta é a força da gravidade exercida pela Lua e em menor medida pelo sol, e em especial sobre os oceanos do nosso planeta. Esta força gravitacional move biliões de galões de água duas vezes por dia com a rotação do nosso planeta, comummente conhecida como fluxo das marés. Durante décadas as pessoas têm aproveitado esta energia onde tem havido uma frente de maré suficiente para justificar a construção de uma barreira ao longo de um estuário ou similar. Quando a maré está completamente cheia, os portões da barreira fecham e a água é processada através de turbinas para produzir energia elétrica. No entanto, este sistema só se torna economicamente viável quando a energia produzida compensa o custo substancial de construção da barreira. 2 GB2131490 divulga um dispositivo consistindo de uma série de velas flexíveis montadas em uma ou mais correias intermináveis que correm em volta de dois ou mais pontos de articulação fixos colocados a alguma distância e fornecendo o único suporte para as correias. DE2152637 divulga um dispositivo consistindo de um ciclo de cabo que passa em redor de um par de rodas de guia opostas, cabo que suporta uma pluralidade de pás individuais que extraem energia a partir do fluxo de fluido no sentido de conduzir o cabo em redor das rodas de guia e assim gerar energia. W02005/054669 divulga um dispositivo de central de energia gerada pelas marés no qual uma vela submersa é colocável entre dois compartimentos. GB2131491 divulga um dispositivo consistindo de uma série de velames montados numa ou mais correias intermináveis que correm em volta de dois ou mais pontos de articulação fixos colocados a alguma distância e fornecendo o único suporte para as correias. A energia pode ser extraída a partir ou do movimento das correias, ou do movimento rotativo num dos pontos de articulação. JP2003269319 divulga um dispositivo de absorção de energia organizado para que a posição de veio das pás seja feita a partir de uma placa de supressão de deformações, etc., para um cabo de condução de pá deformar o passo das pás ou a posição de um manipulo controlador do passo das pás ser feita a partir de um cabo que ata o manipulo. Este dispositivo absorve toda a energia de toda a largura do fluxo, por exemplo, através da sua instalação sobre toda a largura do rio. 3 É portanto um objetivo da presente invenção fornecer um sistema de conversão de energia para a geração de energia elétrica a partir dos movimentos das marés de um corpo de água, sistema que não afeta significativamente os frágeis ecossistemas dos estuários e da costa maritima. É um objetivo adicional da presente invenção fornecer um sistema de conversão de energia alimentado pelos movimentos das marés de um corpo de água, sistema que não provoca ou requer o alagamento das terras circundantes, ou altera acentuadamente o regime local das marés. É ainda um objetivo adicional da presente invenção fornecer um sistema de conversão de energia para a geração de energia elétrica a partir dos movimentos das marés de um corpo de água, sistema que é passível de implantação em larga escala, produzindo quantidades significativas de energia elétrica. A presente invenção portanto fornece um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 1.

Preferencialmente, a configuração de cada vela é adaptável para permitir ao sistema funcionar independentemente da direção do fluxo da maré.

Preferencialmente, o suporte consiste de um cabo superior e de um cabo inferior.

Preferencialmente, cada agrupamento de velas compreende meios de compensação adaptados para provocar um alinhamento desejado nas velas relativamente à direção do fluxo da maré. 4

Preferencialmente, os meios de compensação compreendem uma hélice localizada, em uso, num lado a jusante do agrupamento.

Preferencialmente, cada agrupamento é montado de forma articulada ao suporte ou a cada suporte em redor de um eixo que substancialmente corresponde, em uso, ao centro de pressão do agrupamento.

Preferencialmente, cada agrupamento é montado de forma articulada ao suporte ou a cada suporte em redor de um eixo, o agrupamento sendo equilibrado em massa em redor do eixo.

Preferencialmente, cada um dos cabos superiores e inferiores inclui um circuito fechado.

Preferencialmente, o sistema dispõe de meios de guia em ambos os lados da barreira que respetivamente definem um caminho reversivo ao longo do qual os cabos superiores e inferiores se movem de forma restrita.

Preferencialmente, o meio de guia é acoplado ao transdutor.

Preferencialmente, o meio de guia compreende um agrupamento de rodas de guia, pelo menos uma dos quais é conduzida pelo respetivo cabo superior ou inferior, a referida roda de guia sendo acoplada ao transdutor.

Preferencialmente, as rodas de guia são organizadas em pares montados em relação de espaço num veio respetivo.

Preferencialmente, cada agrupamento de velas dispõe de meios para comutar a orientação dos meios de compensação 5 respetivos entre uma primeira posição e uma segunda posição.

Neste documento, o termo "barreira" destina-se a significar um agrupamento de velas que pode ser posicionado ao longo de uma extensão de água a ser atuada, e não se destina a significar uma barreira que irá impedir a passagem física de água que passa por lá.

Neste documento, o termo "vela" destina-se a significar qualquer superfície capaz de gerar impulso quando colocada num fluxo de fluido tal como um fluxo de água de maré.

Neste documento, o termo "de forma articulada" destina-se a significar um método de montagem de um componente sobre outro tal que os dois componentes podem articular-se ou mover-se relativamente um ao outro e não se destina a ser limitado a uma conexão que inclui de facto uma dobradiça.

Neste documento, o termo "equilibrado em massa" destina-se a significar que o peso de um componente ou aparelho, que é montado de forma articulada em redor de um eixo, é distribuído em redor do eixo de tal forma que o componente é equilibrado no eixo. A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos acompanhantes, em que; A Figura 1 a-c ilustra elevações laterais esquemáticas de uma primeira forma de realização de um sistema de conversão de energia de acordo com a presente invenção, em diferentes fases da operação; 6 A Figura 2 ilustra uma vista planar esquemática de uma barreira formando parte do sistema ilustrado na Figura 1; A Figura 3a ilustra uma vista planar esquemática do sistema de conversão de energia das Figuras 1 e 2, onde a maré está a atuar numa primeira direção; A Figura 3b ilustra uma vista planar esquemática do sistema de conversão de energia da Figura 3a, onde a maré está a atuar numa segunda direção, oposta à primeira direção; A Figura 4 ilustra uma elevação frontal esquemática de uma vela formando parte da barreira da Figura 2; A Figura 5 ilustra uma elevação frontal esquemática de uma vela alternativa, que pode fazer parte da barreira da

Figura 2; A Figura 6 ilustra uma vista planar esquemática de um par de transdutores formando parte do sistema de conversão de energia da primeira forma de realização da presente invenção; A Figura 7 ilustra uma elevação frontal esquemática dos transdutores da Figura 6; A Figura 8 ilustra uma vista em perspetiva de uma barreira formando parte de uma segunda forma de realização do sistema de conversão de energia de acordo com a presente invenção; A Figura 9 ilustra uma vista planar esquemática da barreira ilustrada na Figura 8; 7 A Figura 10 ilustra uma montagem de suporte formando parte da barreira ilustrada nas Figuras 8 e 9;

Cada uma das Figuras 11A e 11B ilustra uma vista planar esquemática da segunda forma de realização do sistema de conversão de energia da invenção; A Figura 12 ilustra uma vista em perspetiva de uma porção de um dos lados da barreira da Figura 8, ilustrando os meios de guia e um transdutor que formam parte da segunda forma de realização do sistema de conversão de energia; A Figura 13 ilustra meios de compensação que formam parte da barreira da Figura 8, numa primeira posição; A Figura 14 ilustra os meios de compensação da Figura 13, tendo acabado de ser deslocados para uma segunda posição; e A Figura 15 ilustra os meios de compensação da Figura 14, também na segunda posição mas ligeiramente avançada em relação ao local da Figura 14.

Agora com referência às Figuras 1 a 7 dos desenhos acompanhantes, é ilustrada uma primeira forma de realização de um sistema de conversão de energia, geralmente indicado como 10, para uso no aproveitamento da energia das marés para conversão em energia elétrica, forma de realização que não está no âmbito da invenção reivindicada. 0 sistema 10 compreende uma barreira 12, que é suspensa, em uso, ao longo e debaixo de um corpo de água 18, onde na forma de realização ilustrada, o corpo de água 18 está situado dentro de um canal 16. A barreira 12 é preferencialmente capaz, conforme será descrito detalhadamente em seguida, de percorrer uma parte substancial da largura do canal 16, de 8 modo a maximizar a eficácia do sistema 10. A barreira 12 é acoplada, em ambas as extremidades, a um par de transdutores 14, conforme ilustrado nas Figuras 6 e 7, transdutores 14 que são preferencialmente terrestres, em ambos os lados do canal 16, dentro de um alojamento construído à medida 34. 0 sistema 10 é adaptado, novamente conforme será descrito em maior detalhe em seguida, para converter a energia das marés a partir do corpo de água 18 em energia elétrica, por meio da barreira 12 e transdutores 14 em associação operativa com estes.

Assim, com referência em particular às Figuras 1 e 2 dos desenhos acompanhantes, a barreira 12 é, na forma de realização ilustrada, formada a partir de uma pluralidade de velas 20, cada uma delas montada numa estrutura de apoio respetiva 22, cada vela 20 sendo formada a partir de um material com propriedades adequadas. Como a barreira 12 e consequentemente as velas 20 estão submersas, geralmente em água salgada, e sofrem forças significativas em utilização, é preferível que as velas 20 sejam formadas a partir de um material com a força, flexibilidade e propriedades não poluentes necessárias. Exemplos de tais materiais são aramidas, polímeros, fibras de carbono, 100% nylon, etc. A barreira 12 é estruturada por um suporte sob a forma de um cabo superior 24 e um cabo inferior 26, ambos preferencialmente formados a partir de tranças de aço, ou qualquer outro equivalente adequado. Os cabos superiores e inferiores 24, 26 servem, em combinação com vários elementos adicionais conforme será descrito em seguida, para manter a configuração e orientação pretendidas da barreira 12, e para efetuar a transferência eficiente das forças que atuam sobre a barreira 12, em utilização, para os transdutores 14, conforme será descrito. 9

No sentido de garantir que a barreira 12 permanece suspensa no canal 16 e não afunda, uma pluralidade de boias 28 são presas no cabo superior 24 ao longo de seu comprimento. 0 peso da barreira 12, para complementar o do cabo inferior 26, garante que a barreira 12 é mantida numa posição substancialmente vertical. Porém, dependendo das condições de funcionamento do sistema 10, lastro adicional (não mostrado) pode ser fixado no cabo inferior 26, ou como alternativa, na barreira 12 propriamente dita. Cada boia 28 é fixada no cabo superior 24 por um tirante 30 que, na forma de realização ilustrada, tem aproximadamente 10 metros de comprimento, permitindo que a barreira 12 fique numa profundidade de 10 metros abaixo da superfície do corpo de água 18. Isto portanto assegura que a maioria dos barcos (não mostrados) pode passar sobre a barreira 12 sem interferir com esta. Assim, como a barreira 12 também é fixada a cada par de transdutores terrestres 14, a barreira 12 é esticada ao longo do canal 16 a ser atuado pelo fluxo das marés do corpo de água 18.

Assim, com referência à Figura 2, à medida que a maré avança na direção da seta A, cada vela 20 da barreira 12 é forçada a ondular para o exterior na direção referida, como resultado da pressão hidráulica sobre ela, a respetiva estrutura 22 fixando a vela 20 nesta orientação ondulada. Cada estrutura 22 é preferencialmente organizada num ângulo de aproximadamente 45° em relação à direção do fluxo das marés, embora este ângulo possa naturalmente variar consoante as condições e os requisitos operacionais do sistema de conversão de energia 10.

Será portanto apreciado que cada vela 20 atua como a vela de um barco (não mostrado), gerando uma força transversal à direção do fluxo das marés, conforme indicado pela seta B 10 na Figura 2. Esta força faz com que toda a barreira 12 seja arrastada ao longo do canal 16 na direção da seta B, as etapas respetivas sendo ilustradas na Figura 1. A Figura la mostra a posição da barreira 12 quando a maré começa a fluir, com a Figura lb mostrando a barreira a meio caminho ao longo do canal 16, e a Figura lc mostrando a barreira tendo atingido o lado mais afastado do canal 16, justamente quando a maré começa a virar. Este deslocamento ao longo do canal 16 é facilitado através dos comprimentos adicionais do cabo superior 24 e cabo inferior 26 sendo arrastados a partir do transdutor 14 a partir do qual a barreira 12 se está a afastar. A força gerada pela barreira 12 na direção da seta B é desta forma convertida pelo respetivo transdutor 14 em energia elétrica, conforme será descrito em seguida. No lado oposto da barreira 12, a folga consequentemente criada no cabo superior 24 e no cabo inferior 26 é tomada pelo transdutor 14 para o qual a barreira 12 se está a mover, novamente conforme será descrito, evitando assim que a barreira 12 se afaste do alinhamento transversal com a direção do fluxo das marés, conforme indicado pela seta A na Figura 2. No entanto, conforme ilustrado na Figura 3a, a barreira 12 irá ser ligeiramente curvada como resultado da força das marés atuando sobre ela. É obviamente preferível manter esta curvatura num mínimo, no sentido de manter a orientação transversal da barreira 12 relativamente à direção do fluxo das marés.

Assim que a direção do fluxo das marés se inverte, o que ocorrerá aproximadamente a cada 6 horas, cada vela 20 irá então ser forçada a ondular na direção oposta, facilitada pela sua flexibilidade e a natureza fixa da estrutura 22 que a suporta. Como a estrutura 22 está preferencialmente num ângulo de aproximadamente 45° em relação à direção do 11 fluxo das marés, cada vela 20 irá ter aproximadamente a mesma configuração e orientação, independentemente da direção do fluxo das marés. Uma vez que o fluxo das marés se inverte, as fases ilustradas na Figura 1 a-c serão revertidas, com a barreira viajando de volta ao longo do canal 16 da direita para a esquerda. Com referência à Figura 3b, a barreira 12 e os cabos superior e inferior 24, 26 irão assim ondular ligeiramente na direção oposta, devido por sua vez à experiência de arrastamento. No sentido de facilitar esta inversão da viagem da barreira 12, a operação dos transdutores 14 em ambos os lados da barreira 12 também deve ser invertida, conforme será descrito em seguida.

Para se atingir a produção de energia elétrica máxima durante cada travessia da barreira 12 ao longo do canal 16, é preferível que a barreira 12 viaje a distância máxima possível ao longo do canal 16. Isto é conseguido através da variação do número e dimensão das velas 20 formando a barreira 12. Claramente, quanto maior for o número de velas 20 maior será a força que será gerada pela barreira 12 e mais eletricidade, portanto, gerada. Com referência às Figuras 4 e 5, a forma da vela 20 e, desta forma a estrutura circundante 22, podem variar para dar ao sistema 10 as características de funcionamento desejadas. Claramente, quanto maiores as velas 20, maior será a força que será gerada, mas também maior o arrasto gerado e consequentemente a ondulação da barreira 12 na direção do fluxo das marés. Cada vela 20 preferencialmente é fixada de forma removível à estrutura respetiva 22 por uma pluralidade de fixadores 32, permitindo assim a reparação ou a substituição de uma vela danificada 20. 12

Passando agora às Figuras 6 e 7, um método pelo qual a força gerada pela barreira 12 é convertida em eletricidade irá agora ser descrito. Assim, em ambos os lados da barreira 12, o cabo superior 24 e o cabo inferior 26 são acoplados a um transdutor respetivo 14, cuja configuração e operação são idênticas. Será por isso suficiente descrever a configuração e operação de um dos transdutores 14, e neste caso o transdutor 14 ao qual o cabo superior 24 é acoplado. Cada par de transdutores 14 situa-se dentro de um alojamento adequado 34, conforme descrito anteriormente. 0 principal componente do transdutor 14 é um tambor 36, em torno do qual um comprimento do cabo superior 24 é enrolado e fixado. 0 tambor 36 é montado em redor de um eixo 38, um lado do qual é conectado a uma caixa de engrenagem 40. A caixa de engrenagem 40 está conectada em série a uma segunda caixa de engrenagem 42, que está por sua vez conectada em série a um gerador 44, gerador 44 que pode ser conectado diretamente à rede nacional, ou a uma instalação de armazenamento adequada (não mostrado). Será naturalmente apreciado que uma única caixa de engrenagem (não mostrado) poderia substituir a caixa de engrenagem 40 e a segunda caixa de engrenagem 42, tal como poderia qualquer outro equivalente adequado. Assim, quando a barreira 12 começa a atravessar o canal 16, o cabo superior 24 (e o cabo inferior 26 conectado ao transdutor adjacente 14) é retirado do alojamento 34, e assim o tambor 36 começa a girar em redor do seu eixo 38. No entanto, devido à baixa velocidade da barreira 12 quando atravessa o canal 16, a rotação do tambor 36 será relativamente lenta, e é por esta razão que a caixa de engrenagem 40 é lá conectada. Portanto, quando o tambor 36 gira e quando o cabo superior 24 é retirado para o seu exterior, a caixa de engrenagem 40 fará com que a segunda caixa de engrenagem 42 opere a uma 13 maior velocidade, o que por sua vez, aciona o gerador elétrico 44, criando eletricidade.

Quando a direção do fluxo da maré inverte, o par de transdutores 14 do lado oposto da barreira 12 irá então começar a gerar eletricidade conforme descrito anteriormente, enquanto o par de transdutores 14 em direção ao qual a barreira 12 está agora a avançar deve ser utilizado para ocupar a folga tanto no cabo superior 24 como no cabo inferior 26 . Para efetuar esta ocupação na folga, cada transdutor 14 ainda dispõe de um motor 46 (não ilustrado no transdutor 14 do lado direito das Figuras 6 e 7) , o qual na forma de realização ilustrada é montado do lado oposto ao do tambor 36. 0 motor 46 é usado para inverter a rotação do tambor 36 e assim, acabar com a folga nos cabos 24, 26. Devido às cargas elevadas sofridas nos transdutores 14, e em particular nos tambores 36, cada tambor 36 é preferencialmente fixado no solo por meio de uma estrutura 48 ou um equivalente adequado. Será apreciado que no enrolamento dos cabos 24, 26 de volta para o tambor respetivo 36, vai ser gasta energia, mas o referido gasto energético será muito menor do que o gerado pelo sistema 10, e deste modo a energia de rede produzida pelo sistema 10 será positiva.

Também será apreciado que, quando os cabos 24, 26 são alimentados a partir do transdutor respetivo 14, boias adicionais 28 devem lá ser automaticamente conectadas no sentido de manter a barreira 12 na profundidade correta quando atravessa o canal 16. Isto pode ser feito de qualquer forma convencional.

Agora com referência às Figuras 8-15 dos desenhos acompanhantes, é ilustrada uma segunda forma de realização 14 de um sistema de conversão de energia, geralmente indicada como 110, que é novamente adaptado para converter a energia das marés em eletricidade. Nesta segunda forma de realização, a componentes semelhantes têm sido atribuídos numerais de referência semelhantes, e salvo indicação em contrário, executam uma função semelhante. Tal como com a primeira forma de realização, o sistema 110 compreende uma barreira 112, que é suspensa, em utilização, ao longo e debaixo de um corpo de água 118 , o corpo de água 118 estando localizado dentro de um canal 116 ou um local adequado similar.

Com referência à Figura 11A, o sistema 110 é ilustrado com a maré fluindo numa primeira direção indicada pela seta A, enquanto a Figura 11B ilustra o sistema 110 com a maré fluindo na direção oposta. A barreira 112 é formada com um cabo superior 124 e um cabo inferior 126 (não visíveis na Figura 11) como um ciclo fechado, tendo uma porção de extremidade 70 em ambos os lados da barreira 112, onde os caminhos dos cabos 124, 126 estão invertidos substancialmente em 180 graus como será descrito a seguir em detalhe. Montada entre e em série ao longo do comprimento dos cabos superior e inferior 124, 126 está uma pluralidade de agrupamentos de velas 119 (não ilustrado na Figura 11), que são adaptados, como será descrito de seguida em pormenor, para deslocar os cabos 124, 126 ao longo do canal para gerar eletricidade. O sistema 110 é organizado, novamente conforme será descrito em seguida, tal que os cabos superior e inferior 124, 126 se movam numa única direção em torno do caminho fechado assim definido, independentemente da direção do fluxo das marés.

Na forma de realização ilustrada, cada porção de extremidade 70 é preferencialmente terrestre, embora deva 15 ser apreciado que as porções de extremidade 70 podem ser movidas para o corpo de água 118, embora isso encurte o comprimento útil da barreira 112 e cause dificuldades significativas na implantação inicial do sistema 110. Assim, é preferível que cada porção de extremidade 70 seja terrestre, mas preferivelmente localizada dentro de um canal de água cheio cortado na margem em cada lado do canal 116, e em comunicação fluida com o corpo de água 118. Este arranjo então evita a necessidade de levantar os cabos superior e inferior 124, 126 para fora do corpo de água 118 para a transição a partir do corpo de água 118 para a costa em cada um dos seus lados. Assim, não é necessário que o sistema 110 gaste trabalho no levantamento de cada um dos agrupamentos de velas 119, e os cabos 124, 126 carregando estas, para fora da água 118 para percorrer cada porção de extremidade 70. Além disso, mantendo o cabo superior 124 e o cabo inferior 126 na água, o peso efetivo da barreira 112 é reduzido, e assim a força dos cabos 124, 126 pode ser selecionada em conformidade, reduzindo a força necessária e, portanto, o peso dos cabos 124, 126. Cada porção de extremidade 70 preferencialmente tem um diâmetro ou extensão entre 500 metros e 1 quilómetro embora isto naturalmente possa variar de acordo com os requisitos específicos do corpo de água 118 ao longo do qual a barreira 112 é implantada.

Com referência especificamente às Figuras 8 e 12, a barreira 112 compreende pelo menos uma, e preferencialmente uma pluralidade de agrupamentos de velas 119 (não ilustrado na Figura 11), cada agrupamento 119 constituído por uma pluralidade de velas 120, que são novamente preferencialmente formadas a partir de qualquer material adequado, por exemplo um tecido baseado em fibra de aramida, polímeros, fibras de carbono ou nylon. Cada vela 16 120 é fixada dentro de uma estrutura substancialmente rígida 122, e todo o agrupamento 119 é montado de forma articulada entre o cabo superior 124 e o cabo inferior 126, conforme será descrito em seguida com maior detalhe. A barreira 112 preferivelmente compreende um grande número dos agrupamentos de velas 119 dispostos em série ao longo do comprimento da barreira 112 entre o cabo superior 124 e o cabo inferior 126. A pluralidade de velas 120, um total de cinco sendo fornecidas nos agrupamentos 119 da forma de realização ilustrada, mas que podem ser maiores ou menores em número, são fixadas relativa e substancialmente paralelas umas às outras por meio de um membro cruzado substancialmente rígido 60. Qualquer outro meio pode obviamente ser usado para fixar as velas 120 nas posições ilustradas. O membro cruzado 60 é fixado através de qualquer meio adequado, por exemplo soldagem, a cada uma das estruturas 122. O agrupamento de velas 119 ainda dispõe de um eixo 62 que está montado de forma articulada entre o cabo superior 124 e o cabo inferior 126 e é também fixado de forma rígida à vela central 120, através da estrutura respetiva 122. Embora o eixo 62 seja ilustrado como se estendendo continuamente desde o cabo superior 124 ao cabo inferior 126, é preferivelmente interrompido ou ausente na área da vela central 120, de modo a permitir que a vela ondule sem obstáculos em qualquer direção. Assim, na prática o eixo 62 estaria preferencialmente sob a forma de dois eixos terminais (não mostrado) , um fixo entre o ponto mais alto na estrutura central 122 e o cabo superior 124, e o outro entre o ponto mais baixo da estrutura central 122 e o cabo inferior 126 . 17

Com referência à Figura 10, pode ser visto que o eixo 62 está montado de forma articulada ao cabo superior 124 por meio de um suporte adequado 6 4, que está preso ao cabo superior 124. É fornecido um arranjo idêntico entre o eixo 62 e o cabo inferior 126. Desta forma será apreciado que o agrupamento de velas 119 é capaz de articular em redor de um eixo definido pelo eixo 62, para variar o ângulo de ataque com relação à direção do fluxo das marés, conforme indicado pela seta A na Figura 8.

Cada agrupamento de velas 119 compreende ainda meios de compensação sob a forma de uma hélice 66 localizada abaixo do cabo superior 124 e substancialmente acima das velas 120. Em utilização, a hélice 66 situa-se no lado a jusante do agrupamento 119, embora seja possível ter a hélice 66 localizada, em uso, no lado a montante do agrupamento 119. A hélice 66 é fixada ao eixo 62 através de um par de apoios 68. A hélice 66 poderia obviamente ser fixada à estrutura central 122 ou ao membro cruzado 60. É no entanto preferível que a hélice 66 não esteja localizada diretamente atrás das velas 120, a fim de que garantir que a hélice 66 seja controlada pelo fluxo das marés principal e não o fluxo passando entre as velas 120. Embora nas Figuras 8 e 12 o apoio mais baixo 68 seja mostrado conectado ao eixo 62 numa posição abaixo do ponto mais alto da estrutura central 122, tal como mencionado acima, o eixo 62 está preferencialmente ausente na área da vela 120. Assim, na prática o apoio mais baixo 68 iria estar posicionado um pouco acima do local indicado, e em particular numa posição em redor do eixo 62 acima do ponto mais alto da estrutura central 122.

Com referência nomeadamente à Figura 9, que é uma ilustração esquemática do agrupamento 119 mostrado na 18

Figura 8, pode foi visto que a hélice 66 está disposta, no plano vertical, num determinado ângulo com a linha de corda de cada uma das velas 120, todas as quais são substancialmente paralelas. Pelas razões descritas a seguir em detalhe, quando o agrupamento de velas 119 é implantado num fluxo de marés, a hélice autocompensante 66 irá alinhar-se em paralelo com a direção do fluxo de marés A. A hélice 66, através de desenho cuidadoso, forma um ângulo relativamente às velas 120 tal que com a hélice 66 alinhada com o fluxo das marés, as velas 120 são dispostas no ângulo ótimo de ataque com relação à direção do fluxo das marés A. O ângulo ótimo de ataque, na presente invenção, é aquele ângulo que resulta nas velas 120 gerando a máxima força na direção da seta B. Esta orientação é tornada possível como resultado tanto do equilíbrio de massa estático de cada agrupamento 119 em redor do eixo 62 como do alinhamento do centro de pressão de cada agrupamento 119 a ser posicionado substancialmente em redor do eixo 62. Por equilíbrio de massa estático entende-se que o peso do agrupamento 119 é distribuído em redor do eixo 62 de uma forma que resulta no agrupamento 119 sendo balanceado em redor do eixo. Por outras palavras, o centro de gravidade do agrupamento 119 está localizado substancialmente no eixo 62, ou suficientemente próximo do mesmo para atingir o resultado desejado descrito abaixo. A localização do centro de pressão do agrupamento 119 para um determinado ângulo de ataque, neste caso o ângulo ótimo de ataque, pode ser manipulada alterando o esboço ou a curvatura de cada uma das velas 120. Assim, as velas 120 quando esticadas de forma tensa sob a influência da maré como mostrado na Figura 9, são desenhadas para terem um perfil de velame que posiciona o centro de pressão do agrupamento global 119 em alinhamento com o eixo 62. Na 19 presente forma de realização, isto é conseguido alinhando o centro de pressão da vela central 120 com o eixo 62, e fornecendo um número igual das velas 120 em ambos os lados da vela central 120 ou do eixo 62.

Com o equilíbrio de massa estático do agrupamento 119 em redor do eixo 62, e o centro de pressão do agrupamento 119 posicionado no eixo 62, é possível, em uso, para uma força relativamente pequena girar o agrupamento 119 no eixo 62. Assim, se a hélice 66 é posicionada fora do alinhamento paralelo com a direção do fluxo das marés A, a força relativamente pequena exercida na hélice 66 pelo fluxo das marés irá girar o agrupamento 119 até a hélice 66 estar paralela à direção do fluxo das marés A. Nesta orientação, as velas 120 estão no ângulo ótimo de ataque em relação ao fluxo das marés A. Devido ao desenho acima, a hélice relativamente pequena 66 é capaz de manter as velas 120 nesta posição, apesar da força muito maior gerada pela maré atuando sobre as velas 120.

Com referência à Figura 11, pode ser visto que em utilização os cabos superior e inferior 124, 126 irão curvar-se ligeiramente na direção do fluxo das marés A, o que resultaria numa mudança de ângulo de ataque das velas 120 (não mostrado na Figura 11) quando os agrupamentos 119 (não mostrado na Figura 11) atravessam o canal 116. No entanto o fornecimento da hélice autocompensante 66 garante que, independentemente da posição de qualquer um dos agrupamentos de velas 119, cada uma das velas 120 será disposta no ângulo ótimo de ataque relativamente à direção do fluxo das marés A.

Com referência às Figuras 11 e 12, o sistema 110 compreende um transdutor 114 compreendendo meios de guia sob a forma 20 de um agrupamento de rodas de guia 72 que são dispostas em pares montados numa relação de espaço num eixo respetivo 74, os cabos superior e inferior 124, 126 sendo guiados e passados pelas rodas de guia respetivas 72. Pode considerar-se que a porção de extremidade 70 em ambos os lados da barreira 112 é essencialmente definida por um agrupamento das rodas de guia 72, quatro pares de rodas de guia 72 sendo fornecidos em cada porção de extremidade 70 da ilustração incorporada, para definir um caminho de inversão para os cabos superior e inferior 124, 126.

Pelo menos um, e preferencialmente cada eixo 74, conduz uma caixa de engrenagem 96 que pode ou não ser acoplada diretamente ao eixo 74 conforme ilustrado. Assim como cada um dos agrupamentos de velas 119 é deslocado ao longo do canal 116, os cabos superior e inferior 124, 126 irão, por força do contato com as rodas de guia 72, conduzir as rodas de guia 72 e por conseguinte o eixo 74, que por sua vez conduz a caixa de engrenagem 96 a partir da qual se pode derivar energia de forma convencional. Podem ser tomadas medidas para reduzir ou eliminar o deslize entre os cabos 124, 126 e as rodas de guia respetivas 72. Por exemplo, um sulco em "V" circunferencial poderia ser fornecido em cada roda de guia 72, ou algum tipo de tratamento ou desbaste de superfície poderia ser aplicável nela.

Tal como mencionado acima, o sistema 110 é desenhado de tal forma que a barreira 112, e mais particularmente os cabos superior e inferior 124, 126 viajam numa direção em todo o momento, independentemente da direção do fluxo da maré. Assim, será apreciado que quando cada agrupamento de velas 119 atinge uma das porções de extremidade 70 e viaja em redor da mesma para sair da porção de extremidade 70 que viaja na direção oposta, o próprio agrupamento de velas 119 21 estará na orientação inversa, com a hélice de compensação 66 levando as velas 120 com relação à direção do fluxo das marés, em oposição a rebocá-las como necessário. No entanto, o fornecimento da hélice de compensação 66 significa que cada agrupamento de velas 119 atua de forma semelhante a um cata-vento, e assim o fluxo das marés de água atua da mesma forma como o vento num cata-vento, gradualmente virando o agrupamento de velas 119 em 180° em redor do eixo 62, no sentido de ficar corretamente na direção do fluxo das marés. Mais uma vez isto é tornado possível tendo o agrupamento 119 com equilíbrio de massa estático em redor do eixo 62, e tendo o centro de pressão do agrupamento 119 alinhado no eixo 62. Desta forma o fluxo das marés relativamente lento atuando na hélice 66 é suficiente para fazer com que o agrupamento respetivo 119 gire aproximadamente 180° em redor do eixo 62, até que a hélice 66 esteja novamente a rebocar as velas 120 com relação à direção do fluxo das marés.

No entanto, após sair da porção de extremidade respetiva 70, cada agrupamento 119 deve agora viajar ao longo do canal 116 na direção oposta aos agrupamentos 119 na porção paralela ou a montante da barreira 112, e assim, cada uma das velas individuais 120 deve adotar um ângulo ótimo de ataque diferente. Com efeito os agrupamentos 119 do lado a jusante da barreira 112 devem ter um ângulo de acoplamento que é essencialmente a imagem espelhada do ângulo de ataque dos agrupamentos 119 do lado a montante da barreira 112. Por conseguinte, será apreciado que a hélice de compensação 66 estará inicialmente num ângulo incorreto em relação às linhas de corda das velas 120, e se mantida neste ângulo resultaria nas velas 120 sendo orientadas num ângulo de ataque ineficiente em relação à direção do fluxo das marés. Por esta razão a hélice 66 é deslocável entre uma primeira 22 posição e uma segunda posição, tal como ilustrado respetivamente nas Figuras 13 e 14. Na primeira posição, a hélice 66 está posicionada para realizar a viagem do agrupamento 119 numa direção ao longo do canal 116, enquanto que na segunda posição a hélice 66 fará com que o agrupamento 119 viaje na direção oposta ao longo do canal 116. Para facilitar este deslocamento entre a primeira e a segunda posições, a hélice 66 é montada de forma articulada entre os apoios 68 num eixo basculante 80 adjacente a uma borda dianteira 82 da hélice 66. É preferível que a hélice 66 seja comutada automaticamente entre a primeira e segunda posições conforme necessário, por exemplo quando um agrupamento 119 viajou em volta de uma das porções de extremidade 70 e é virada a 180° em redor do eixo 62, para novamente ficar corretamente na direção do fluxo das marés. Com referência às Figuras 13 a 15, o sistema 110, é portanto fornecido com meios de comutação em associação operativa com cada agrupamento 119, meios de comutação que são adaptados para orientar corretamente a hélice de compensação 66 na primeira ou segunda posição após a inversão na orientação do agrupamento de velas 119. Os meios de comutação, na forma de realização ilustrada, são na forma de um braço deformável de forma resiliente 84 projetando-se a partir da borda dianteira 82 da hélice 66 e uma saliência correspondente 86 estendendo-se para baixo desde a parte de baixo do cabo superior 124 no local do agrupamento de velas respetivo 119, com uma saliência 86 sendo posicionada em ambos os lados do eixo 62. Os meios de comutação não são ilustrados em qualquer dos desenhos que não sejam as Figuras 13 a 15. 23

Conforme ilustrado na Figura 13, quando o agrupamento 119 está a girar no eixo 62 a partir de uma posição na qual a hélice 66 está a levar as velas 120 para uma posição em que a hélice 66 está a rebocar as velas 120, após aproximadamente 90° de rotação, a hélice 66 passará diretamente sob o cabo de topo 124. Quando o faz, o braço 84 entrará em contato com a saliência 86, e em particular com uma ponta curvada 88, tal como mostrado na Figura 13. Enquanto o agrupamento 119 continua a ser girado no eixo 62, a saliência 86 inicialmente irá travar o avanço do braço 84. Isto irá resultar na hélice 66 sendo forçada a deixar a primeira posição mostrada na Figura 13 para a segunda posição mostrada na Figura 14, enquanto a hélice 66 passa sob o cabo superior 124. A partir desta posição, enquanto o agrupamento 119 continua a girar e a hélice 66 por conseguinte se afasta da parte inferior do cabo superior 124, a natureza resiliente do braço 84 permitirá ao braço 84 deformar-se o suficiente para passar sobre a ponta 88 da saliência 86, conforme mostrado na Figura 15. A este respeito, a natureza curva da ponta 88 facilita a passagem do braço 84 pela ponta 88. A partir da orientação mostrada na Figura 15, o agrupamento 119 irá continuar a girar, conforme descrito acima, até que a hélice 66, agora comutada para a segunda posição, esteja em alinhamento paralelo com a direção do fluxo das marés. Quando assim posicionadas, as velas 120 serão orientadas no ângulo ótimo de ataque para gerar a força máxima na direção da seta B. Em utilização, portanto, a hélice 66 de cada agrupamento 119 assegura que, quando o agrupamento 119 atravessa uma das porções de extremidade 70 e começa a viajar de volta ao longo do canal na direção oposta, o agrupamento será automaticamente orientado para apresentar as velas 120 no ângulo ótimo de ataque ao fluxo das marés. 24

Além disso, quando a maré inverte, conforme ilustrado por exemplo entre as Figuras 11A e 11B, cada um dos agrupamentos de velas 119 será novamente forçado pela maré, da mesma forma que um cata-vento, a girar lentamente 180° em redor do eixo 62, como resultado do fornecimento da hélice 66. Quando cada um dos agrupamentos 119 virou a 180° para enfrentar a maré que se aproxima, com a hélice 66 a rebocar as velas 120, a hélice 66 estaria novamente na orientação incorreta. No entanto, conforme descrito acima, os meios de comutação 84, 86 irão corrigir a orientação da hélice de compensação 66 quando passa sob o cabo superior 124 durante a rotação do agrupamento 119 em redor do eixo 62 .

Devido à aplicação subaquática do sistema 110 e em particular dos agrupamentos de velas 119, é preferível que os meios de comutação 84, 86 sejam um arranjo mecânico simples e robusto, embora seja apreciado que o braço 84 e a saliência 86 podem ser substituídos por qualquer outro equivalente funcional. Por exemplo, algum tipo de arranjo de ligação (não mostrado) poderia ser fornecido entre o eixo 62 e a hélice 66, que é adaptado para deslocar a hélice 66 entre a primeira e segunda posições em resposta à rotação do eixo 62. No entanto, qualquer outra disposição adequada pode ser empregue.

Será apreciado que mais do que uma das hélices 66 pode ser fornecida se necessário, e a posição da hélice 66 pode ser variada para otimizar o seu desempenho, por exemplo, localizando a hélice 66 abaixo das velas 120, novamente para garantir que a hélice 66 é controlada pelo fluxo das marés principal e não o fluxo que passa entre as velas 120. 25

Também é preferível que a hélice 66, quando em cada uma das primeira e segunda posições, sofra uma resistência ao deslocamento a partir dessa posição, para manter a hélice 66 na orientação correta quando o agrupamento respetivo 119 percorre o canal 116. Esta resistência deve ser suficiente para manter a hélice 66 na posição durante uma tal viagem linear do agrupamento 119 ao longo do canal 116, mas é superada quando o braço 84 e a saliência 86 são forçados a passar uns pelos outros durante o deslocamento rotacional do agrupamento 119. Isto pode ser conseguido de qualquer forma adequada, por exemplo pelo uso convencional de retentores de bola (não mostrado) fornecidos nos apoios 68, com depressões correspondentes (não mostrados) formadas nas bordas superiores e inferiores da hélice 66. Novamente qualquer outro equivalente funcional adequado pode ser empregue.

Deverá ser compreendido que o agrupamento de velas 119 da segunda forma de realização poderia ser usado em combinação com a barreira 12 da primeira forma de realização, no lugar das velas 20.

Lisboa, 21 de Novembro de 2011

Claims (13)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema de conversão de energia (110) para o aproveitamento da energia das marés a partir de um corpo de água, o sistema que compreende uma barreira (112) implantável abaixo e ao longo de pelo menos uma porção do corpo de água, a barreira compreendendo uma pluralidade de velas (120), cada vela (120) compreendendo uma estrutura substancialmente rígida (22), a referida vela (120) sendo adaptada para se mover numa direção substancialmente transversal à direção na qual a maré está a fluir no corpo de água e pelo menos um suporte (24, 26) ao qual cada cada vela é fixada, e um transdutor (114) acoplado à barreira para facilitar a conversão em energia elétrica, em uso, de pressão das marés exercida na barreira, pelo menos um suporte sendo acoplado ao transdutor; no qual a barreira compreende pelo menos um agrupamento de velas (119) incluindo uma pluralidade das velas fixas relativamente, e numa relação de espaço geralmente paralela umas às outras, caracterizado por todo o agrupamento ser montado de forma articulada ao suporte (24, 26, 124, 126).

2. Um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 1 em que a configuração de cada vela é adaptável para permitir ao sistema operar independentemente da direção do fluxo da maré.

3. Um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 2 em que o suporte compreende um cabo superior (124) e um cabo inferior (126).

4. Um sistema de conversão de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que cada 2 agrupamento de velas compreende meios de compensação (66) adaptados para efetuar um alinhamento desejado das velas relativamente à direção do fluxo das marés.

5. Um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 4 em que os meios de compensação compreendem uma hélice (66) localizada, em uso, num lado a jusante do agrupamento.

6. Um sistema de conversão de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que cada agrupamento está montado de forma articulada ao suporte ou a cada suporte em redor de um eixo que substancialmente corresponde, em uso, ao centro de pressão do agrupamento.

7. Um sistema de conversão de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que cada agrupamento está montado de forma articulada ao suporte ou a cada suporte em redor de um eixo, o agrupamento sendo equilibrado em massa em redor do eixo.

8. Um sistema de conversão de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, em que cada um dos cabos superiores e inferiores inclui um ciclo fechado.

9. Um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 8 compreendendo meios de guia (72, 74) em ambos os lados da barreira os quais respetivamente definem um caminho de inversão ao longo do qual os cabos superiores e inferiores são obrigados a mover-se. 3

10. Um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 9 em que os meios de guia são acoplados ao transdutor.

11. Um sistema de conversão do energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, em que os meios de guia compreendem um agrupamento de rodas de guia (72) pelo menos uma das quais é conduzida pelo respetivo cabo superior ou inferior, a referida roda de guia sendo acoplada ao transdutor.

12. Um sistema de conversão de energia de acordo com a reivindicação 11 em que as rodas de guia são organizadas em pares montados numa relação de espaço num eixo respetivo (7 4) .

13. Um sistema de conversão de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 12 em que cada agrupamento de velas compreende meios (84, 86) para comutar a orientação dos meios de compensação respetivos entre uma primeira posição e uma segunda posição. Lisboa, 21 de Novembro de 2011