PT1979609E - Conversor de energia das ondas com tubo distensível - Google Patents

Description

ΕΡ 1 979 609/ΡΤ DESCRIÇÃO "Conversor de energia das ondas com tubo distensível"

Campo técnico 0 invento refere-se a um aparelho para extracção de energia útil a partir das ondas do mar, tal como definido no preâmbulo da reivindicação 1. Um tal aparelho é conhecido por exemplo a partir do documento US-A-4 145 882.

Arte antecedente

James Lighthill na referência [1] mostra como as ondas de pressão se podem propagar ao longo de um tubo distensível. A pressão faz com que o tubo se dilate localmente e isto reduz a velocidade de propagação. Quanto mais distensível for o tubo, mais lenta é a velocidade da onda. É conveniente referirmo-nos a estas ondas no interior do tubo como "ondas longas". Lighthill aplica a sua análise ao fluxo sanguíneo nas artérias. Este invento, numa escala muito maior, aplica o mesmo princípio para extrair energia das ondas do oceano. Um tubo distensível comprido cheio de água é orientado na direcção da propagação da onda e a velocidade da onda longa no interior do tubo é mais ou menos igual à velocidade das ondas do oceano no exterior. Neste caso a energia é transferida do oceano para a onda longa que cresce ao longo do comprimento do tubo. Na extremidade do tubo é utilizado um pistão ou outro meio para capturar a energia da onda longa e gerar energia útil.

Muitos inventos anteriores de energia das ondas utilizam membranas flexíveis e/ou tubos orientados na direcção do deslocamento da onda, mas nenhum parece depender da distensibilidade de um tubo feito (ou parcialmente feito) de um material elástico, como um meio de armazenamento de energia das ondas antes da conversão. A novidade deste invento é a utilização de um tubo com paredes elásticas que transporta ondas longas combinadas com a velocidade das ondas do oceano. 2 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ

Um exemplo de um dispositivo anterior de energia das ondas que utiliza um tubo orientado na direcção do deslocamento da onda é descrito no documento da patente US 4,145,882. Este documento descreve um gerador de energia das ondas que tem um saco feito a partir de um material flexível, impermeável e não elástico que é parcialmente cheio com água para ocupar pelo menos metade mas menos do que a capacidade total do saco. Bolsas de ar acima da água permitem que sejam geradas ondas dentro do saco pelo peso das ondas de superfície do mar que passam por cima do saco e isto impele um fluxo de água através de um gerador eléctrico.

Descrição do invento

Definições

Elástico: Uma substância, material ou objecto é elástico, se puder ser deformada por uma força aplicada e voltar à sua forma original quando a força é removida. Um objecto elástico obedece à lei de Hooke, em que a deformação produzida é substancialmente proporcional à tensão aplicada. Todos os materiais sólidos são mais ou menos elásticos até uma certa deformação limite. Por exemplo a deformação limite para o aço é de cerca de 0,1% enquanto que a deformação limite para a borracha pode ser de cerca de 50%. Por altamente elástico queremos dizer uma substância, material ou objecto para o qual a deformação limite é maior do que 5%. A elasticidade de um objecto depende da sua forma bem como do material de que é feito. Deste modo uma mola helicoidal feita de aço pode ser altamente elástica no sentido do seu eixo principal, embora o próprio aço não seja.

Distensível: Um tubo é distensível se responder a alterações de pressão interna com uma variação proporcional da sua área de secção transversal a partir do seu valor imperturbado. Tubos distensíveis têm paredes altamente elásticas, quer porque eles são feitos de material elástico ou porque são de algum modo dobrados ou ondulados. Para um tubo com área de secção transversal S com pressão interna p, a distensibilidade é definida como (D · D = (1/S) dS/dp 3 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ É importante para este invento distinguir entre distensibilidade e flexibilidade: alguns exemplos podem deixar isto claro. Um pneu de automóvel é flexível mas não distensível: quando cheio de ar é elástico para pequenas deformações. A câmara de ar interna do pneu de automóvel é distensível. Um barco insuflável é flexível mas não distensível: o seu tamanho não varia com a pressão de insuflação. Isto porque os barcos insufláveis são feitos de folha elastomérica reforçada que é flexível mas não altamente elástica.

Onda longa: Conforme descrito por Lighthill na referência [1], num tubo distensível uma onda de pressão longitudinal, associada a uma alteração da secção transversal e uma velocidade de fluido longitudinal, pode propagar-se ao longo do tubo. Esta onda é chamada uma onda longa. A velocidade de propagação da onda longa é c onde c2 = 1/(pD), p é a densidade do fluido no interior e D a distensibilidade tal como definido acima na equação (1).

Proa e popa: Para um objecto comprido no mar orientado geralmente na direcção da propagação da onda, a extremidade voltada para as ondas será referida como a proa: a outra extremidade voltada na direcção da propagação será referida como a popa.

De acordo com o invento, é proporcionado um aparelho para a conversão da energia das ondas de superfície do mar em energia útil, compreendendo o aparelho: - um tubo distensível comprido, que contém água ou outro líquido de densidade semelhante, imerso ou parcialmente imerso no mar, tendo o dito tubo extremidades opostas; meios para orientar o tubo de tal forma que, em utilização, com o tubo imerso ou parcialmente imerso, o tubo se prolongue geralmente na direcção da propagação da onda de superfície, e - meios de extracção de energia numa ou em ambas as extremidades do tubo; 4 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ caracterizado por ο tubo ter paredes elásticas ou parcialmente elásticas, sendo a elasticidade das paredes de modo que o tubo distensível responda a alterações na pressão interna com uma variação proporcional da sua área de secção transversal a partir do seu valor imperturbado, sendo a distensibilidade elástica das paredes do tubo escolhida e sendo o comprimento do tubo de modo que, em utilização, uma onda de pressão lonqitudinal, associada à dita alteração da área de secção transversal, se possa propaqar ao longo do comprimento do tubo como uma onda longa na dita água ou outro liquido contido no tubo, sendo a velocidade da propagação das ditas ondas de pressão ao longo do tubo que resultam das ditas ondas de superfície geralmente igual ou próxima da velocidade de propagação das ditas ondas de superfície de modo que a energia das ditas ondas de superfície possa ser transferida para a dita onda longa a partir da qual pode ser extraída energia útil pelos meios de extracção de energia.

Também de acordo com o invento, é proporcionado um método para a conversão da energia das ondas de superfície do mar em energia útil, que utiliza um aparelho tal como definido acima, contendo o tubo do dito aparelho água ou outro líquido de densidade semelhante, compreendendo o método os passos de: - imergir ou imergir parcialmente o tubo no mar; - orientar o tubo dentro do mar de tal modo que o tubo se prolongue geralmente na direcção das ondas de superfície do mar; e - utilizar os meios de extracção de energia para extrair energia útil a partir das ondas longas.

De acordo com este invento na sua primeira característica o conversor de energia das ondas compreende um tubo distensível comprido, geralmente horizontal, imerso ou parcialmente imerso no mar e orientado geralmente na direcção de propagação da onda, sendo o dito tubo aberto ou fechado na proa e apetrechado com meios de extracção de energia numa ou em ambas as extremidades, sendo a distensibilidade do tubo escolhida de modo que a velocidade da onda longa ao longo do tubo seja geralmente igual ou próxima da velocidade das ondas no mar circundante. 5 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ Ο tubo é cheio com água ou outro líquido de densidade semelhante que pode, com vantagem, estar a uma pressão mais elevada do que a do mar circundante.

De acordo com o invento a secção transversal do tubo distensível pode ter qualquer forma e a elasticidade das paredes pode variar em torno da circunferência, sendo parte da circunferência em algumas concretizações substancialmente não elástica. Além disso a forma, tamanho e elasticidade da secção transversal e consequentemente a distensibilidade, pode, com vantagem, variar ao longo do comprimento do tubo.

De acordo com o invento na sua segunda característica as paredes do dito tubo podem ser compreendidas por qualquer material altamente elástico tal como borracha natural ou sintética com ou sem reforço com fibras ou uma disposição altamente elástica de substâncias menos elásticas tais como molas helicoidais, metal ondulado ou uma estrutura reticulada de membranas flexíveis insufladas com ar comprimido ou outro fluido.

De acordo com o invento na sua terceira característica os meios de extracção de energia nas extremidades do tubo podem compreender qualquer maquinaria ou processo que seja accionado pela pressão oscilante e velocidade longitudinal oscilante no interior do tubo, por exemplo, sem limitação, uma ou mais turbinas ou pistões que funcionam em qualquer ângulo em relação à horizontal accionados pela pressão da água no interior do dito tubo e que accionam bombas hidráulicas ou geradores rotativos ou lineares, ou meios de sobrelevação que permitem que a água no interior do tubo seja impelida ao longo de uma represa ou através de uma ou mais válvulas de retenção para um reservatório a pressão elevada, uma válvula de retenção separada que permite a entrada de água no tubo a partir do mar quando a pressão interna é baixa, ou qualquer combinação das anteriores.

Numa concretização alternativa os meios de extracção de energia compreendem um tubo vertical que contém água com meios para ajustar a altura da superfície da água e com um pistão que se move mais ou menos verticalmente. Numa outra 6 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ alternativa ο tubo vertical é fechado na parte superior excepto um furo apetrechado com uma válvula de flutuador que permite que o ar escape mas não a água e está ainda apetrechado com uma válvula de retenção que conduz a um acumulador hidráulico, com o efeito de, quando a água no interior do tubo atinge a parte superior do tubo a válvula de flutuador fecha e a água e é impelida a alta pressão para o dito acumulador hidráulico.

De acordo com o invento na sua quarta caracteristica o tubo distensivel pode estar localizado no fundo do mar, fixo em posição por fixações convencionais de acordo com a arte ou lastrado com lastro liquido ou sólido de modo a afundar até ao fundo do mar. De modo alternativo o tubo pode ser fixado a certa distância abaixo da superfície do mar por fixação a uma armação de suporte fixada ao fundo do mar. Numa outra concretização, o tubo distensivel pode estar apetrechado com meios de flutuabilidade, sendo o conjunto lastrado para flutuar com o dito tubo parcialmente ou totalmente submerso. Neste caso o tubo é mantido em posição com amarrações de acordo com a arte.

Algumas concretizações especificas do invento serão agora descritas a titulo de exemplo com referência aos desenhos em anexo.

Breve descrição dos desenhos A Figura 1 mostra em alçado lateral e em corte transversal lateral um tubo distensivel apetrechado com câmaras de flutuabilidade que flutuam perto da superfície da água; a Figura 2 mostra em alçado lateral um tubo distensivel lastrado para assentar no fundo do mar; a Figura 3 mostra uma variedade de possíveis secções transversais do tubo distensivel; a Figura 4 mostra a secção transversal de um tubo distensivel com paredes reticuladas insufladas; 7 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ a Figura 5 mostra em corte longitudinal lateral meios de extracção que compreendem um pistão que se move horizontalmente e acciona uma bomba hidráulica; a Figura 6 mostra em corte longitudinal lateral meios de extracção de energia que compreendem um pistão que se move verticalmente e acciona uma bomba hidráulica; a Figura 7 mostra em corte longitudinal lateral meios de extracção de energia que compreendem uma bomba de ariete hidráulico que impele água a alta pressão para um acumulador hidráulico; a Figura 8 mostra em corte longitudinal lateral meios de extracção de energia que compreendem uma transição para um tubo rígido estreito que transporta água a alta pressão para terra; a Figura 9 mostra em corte longitudinal lateral meios de extracção de energia que compreendem uma válvula de sentido único na popa do tubo e uma turbina na proa que acciona um gerador eléctrico; a Figura 10 mostra em corte longitudinal lateral um sistema de válvula de sentido único aperfeiçoado que pode ser utilizado com a turbina e gerador eléctrico ilustrados na Figura 9; a Figura 11 mostra uma vista lateral parcialmente em corte de um tubo distensível apetrechado na popa com válvulas de sentido único que comunicam com dois acumuladores distensiveis com uma turbina entre os mesmos.

Modos de realização do invento

Serão agora descritas a título de exemplo concretizações particulares do invento com referência às figuras. A Figura 1 ilustra a titulo de exemplo em alçado lateral um tubo distensível fechado comprido 1 com proa rígida 2 apetrechado com uma multiplicidade de câmaras flutuantes ocas 4 com o efeito do aparelho flutuar com o tubo 1 mais ou menos horizontal e ligeiramente abaixo da superfície do mar 3. O 8 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ dispositivo é mantido em posição por amarrações 7 de acordo com a arte. As paredes do tubo 1 são altamente elásticas e feitas, por exemplo, de borracha natural ou sintética tal como ilustrado na vista de corte transversal AA na Figura 1. A elevada elasticidade das paredes tem o efeito de tornar o tubo 1 distensivel, sendo a dita elasticidade escolhida de modo que a velocidade da onda longa que se propaga no interior do tubo seja próxima da velocidade das ondas no mar no exterior. Na popa e/ou proa o tubo está apetrechado com meios de extracção de energia 5 dos quais existem muitas concretizações alternativas que serão descritas em detalhe abaixo. 0 funcionamento do dispositivo é como se segue. A pressão oscilante e gradiente de pressão do lado de fora da parede do tubo devido às ondas do oceano excita uma onda longa perto da proa que se propaga ao longo do tubo à velocidade da onda longa. À medida que a onda longa se move ao longo do tubo, a onda do oceano está a avançar ao longo do tubo à mesma velocidade e em cada ponto contribui para mais um aumento de pressão. 0 resultado é um aumento cumulativo mais ou menos linear na amplitude da onda longa, que na realidade suga progressivamente energia da onda. Dependendo do seu comprimento, a amplitude de pressão interna oscilante na extremidade do tubo pode ser 3 a 5 vezes a amplitude da pressão oscilante na onda do oceano. Em seguida é extraída energia útil a partir da pressão oscilante na extremidade do tubo, tal como explicado em detalhe abaixo. Num caso típico a amplitude da onda longa na popa do tubo 1 é tal, que o tubo tem de expandir-se e contrair-se cerca de 50% em área de secção transversal a partir do seu valor imperturbado.

Numa concretização alternativa, ilustrada no alçado lateral na Figura 2, o tubo distensivel 1 está apetrechado na sua superfície inferior com uma multiplicidade de sacos flexíveis 8 cheios com meios de lastro, por exemplo sem limitação areia, cascalho ou lama líquida, com o efeito do tubo 1 ser mantido firmemente sobre o fundo do mar 9. Pode ainda ser localizado por meio de amarrações 7. Numa concretização preferida os sacos flexíveis 8 podem ser unidos juntos para compor um saco comprido com o mesmo efeito. Esta concretização é útil em águas rasas de modo que as ondas do 9 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ oceano na superfície do mar 3 produzam uma oscilação de pressão significativa à profundidade do tubo distensível 1, excitando uma onda longa tal como explicado acima. 0 tubo está apetrechado na popa com meios de extracção de energia 5 dos quais existem muitas concretizações alternativas que serão descritas em detalhe abaixo. 0 funcionamento do dispositivo é semelhante ao descrito acima. A Figura 3 ilustra em corte transversal a título de exemplo uma variedade de construções que podem ser adoptadas para o tubo distensível. A secção transversal pode ter qualquer forma. Para se obter as grandes alterações na área de secção transversal mencionadas acima, a totalidade ou parte da circunferência do tubo tem de ser altamente elástica. A Figura 3a ilustra uma concretização na qual as paredes do tubo 10 são feitas de borracha natural ou sintética, sendo a elasticidade das paredes escolhida para se alcançar a distensibilidade correcta tal como especificado acima. A elasticidade das paredes não necessita de ser a mesma em todos os pontos da circunferência. A Figura 3b ilustra a título de exemplo uma concretização na qual o lado inferior do tubo é uma placa substancialmente não elástica 11, enquanto o resto da circunferência 10 é altamente elástico. A Figura 3c ilustra uma construção na qual os lados do tubo 10 são elásticos mas o topo e o fundo 11 compreendem placas não elásticas. A Figura 3d ilustra uma concretização na qual a secção transversal é normalmente elíptica, mas pode expandir-se até uma forma mais circular com maior área de secção transversal através da curvatura das paredes, as quais são efectivamente onduladas, mas apenas com duas ondulações.

Numa concretização preferida ilustrada em corte transversal na Figura 4a as paredes do tubo compreendem uma estrutura reticulada de membranas flexíveis, insuflada por ar comprimido ou outro fluido, de acordo com a arte das estruturas insufladas. As ditas membranas podem ser elas mesmas altamente elásticas ou alternativamente folhas elastoméricas reforçadas com fibras com elasticidade limitada. Embora as membranas flexíveis que compreendem uma estrutura possam ser elas mesmas substancialmente não elásticas, uma estrutura insuflada pode ser altamente elástica: exemplos bem conhecidos são um pneu de automóvel e 10 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ uma bola de futebol. Os princípios são ilustrados nas Figuras 4b e 4c as quais mostram parte de uma estrutura insuflada que compreende uma multiplicidade de células semelhantes unidas juntas numa matriz linear. Quando as células são insufladas com ar comprimido as membranas superior e inferior adoptam a forma que maximiza o volume da célula; isto é alcançado quando as membranas superior e inferior se encontram sobre o círculo que circunscreve os pontos de canto 16, 17, 18 e 19. Este círculo é mostrado pelas linhas tracejadas na Figura 4b. Será observado que na Figura 4b as membranas superior e inferior se tornam bastante planas, com o resultado de que neste caso a estrutura não é significativamente elástica na direcção horizontal. Na Figura 4c contudo as membranas verticais internas são mais curtas, com o efeito das membranas superior e inferior, que novamente seguem a forma do círculo circunscrito, serem substancialmente curvas. Isto resulta na estrutura ser altamente elástica na direcção horizontal. O módulo efectivo de elasticidade da estrutura pode ser variado alterando a pressão no interior das células.

Na concretização do tubo distensível ilustrado no corte transversal na Figura 4a, as dimensões das células são escolhidas de modo que as membranas internas e externas sejam altamente curvas com o efeito da parede do tubo oco incluso ser altamente elástica na direcção circunferencial e a distensibilidade do tubo ser grande. A distensibilidade do tubo pode ser variada alterando-se a pressão de insuflação da parede com o efeito da velocidade da onda longa no interior do tubo poder ser facilmente ajustada de vez em quando para combinar com as condições de onda predominantes. Esta é uma importante vantagem desta concretização para a conversão de energia das ondas. Em algumas concretizações as paredes do tubo distensível podem ser feitas de um material altamente elástico tal como borracha natural ou sintética compreendendo ainda as ditas paredes espaços internos que podem ser insuflados com ar ou outro fluido com o efeito da distensibilidade do tubo poder ser ajustada de vez em quando.

Em todas as concretizações ilustradas nas Figuras 3 e 4, a secção transversal do tubo pode ser a mesma em todas as posições longitudinais ao longo do tubo. Ou, com vantagem, as 11 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ dimensões ou a elasticidade circunferencial da secção transversal pode variar ao longo do tubo.

Irão ser agora descritas concretizações particulares dos meios de extracção de energia montados na popa do tubo distensivel com referência às Figuras 5 a 10. Na concretização ilustrada a titulo de exemplo na Figura 5 um tubo cilíndrico rígido 20 está fixo ao tubo distensivel 1 na sua extremidade de popa. O pistão 21 desliza no interior do tubo rígido 20 e por intermédio de uma haste de ligação 23 acciona uma bomba hidráulica convencional 25 a qual fornece fluido hidráulico que pode ser óleo, ar ou água para uma saída útil por intermédio dos tubos de ligação 26. 0 espaço atrás do pistão 21 é, com vantagem, cheio com ar e ventilado para a atmosfera por intermédio do tubo 22. Em funcionamento, a onda longa que se propaga ao longo do tubo distensivel 1 acumula uma grande amplitude quando alcança a popa. A pressão oscilante na onda longa acciona o pistão para a frente e para trás com o efeito do dito fluido hidráulico ser bombeado sob pressão para uma saída útil.

Outra concretização dos meios de extracção de energia é ilustrada a título de exemplo na Figura 6. Nesta concretização o tubo distensivel 1 é terminado na popa com um tubo curvo 29 ligado a um cilindro rígido 30 com pistão 31. Uma bomba hidráulica 33 é suportada por exemplo sobre uma armação aberta 34 e ligada ao pistão por meio da haste de ligação 32. Um reservatório 35 contém água 36 e o nível da água é mantido acima do nível médio do mar através de bombas auxiliares (não ilustrado). Este reservatório está ligado aos meios de extracção de energia por um tubo estreito com o efeito do nivel médio da água no cilindro 30 ser mantido substancialmente acima do nível do mar mas o tubo é demasiado estreito para passar as oscilações de pressão da onda longa para o reservatório. O pistão 31 é flutuante e em média flutua sobre a água no cilindro 30. A subida e descida do nível da água no cilindro 30 sob a acção da onda longa acciona o pistão para a frente e para trás verticalmente com o efeito de ser gerada energia hidráulica útil pela bomba hidráulica 33 e passada para uma saída útil por intermédio de tubos de ligação (não ilustrado) de acordo com a arte. Nesta concretização, se a energia das ondas for muito elevada de 12 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ modo que a onda longa seja excepcionalmente grande, o pistão 31 subirá acima da extremidade do cilindro 30 e será derramada água para fora do cilindro para o mar circundante com o efeito de alivio da pressão em excesso no sistema e protegendo-o contra danos. O pistão retrocederá no cilindro e a água perdida será substituída por água proveniente do reservatório por intermédio do tubo 37. Se a oscilação da onda longa for de grande amplitude a pressão no interior do tubo distensível pode cair abaixo da pressão da água do mar no exterior com o efeito das paredes do tubo distensível poderem colapsar para dentro. Para evitar isto, o tubo pode, com vantagem, estar apetrechado com uma válvula de sentido único 38 a qual permite que a água do mar entre no tubo se a pressão no interior for menor do que no exterior.

Outra concretização dos meios de extracção de energia é ilustrada a título de exemplo na Figura 7. Nesta concretização o tubo distensível 1 é terminado na popa por uma curva ligada a um tubo vertical 42. O qual é fechado no topo perto do nível do mar por uma antepara 43. A dita antepara está apetrechada com um furo 44 equipado com uma válvula de flutuador 45 com o efeito do ar poder fluir livremente para dentro e para fora do tubo 42 mas a água não poder escapar. A antepara está ainda apetrechada com uma válvula de sentido único 46 que conduz a um acumulador hidráulico 47 o qual contém água sob pressão de acordo com a arte. Nesta concretização a superfície da água 41 no interior do tubo vertical 42 em média é mais ou menos a mesma que no mar do lado de fora mas é impelida para cima e para baixo através de uma grande amplitude pela onda longa no interior do tubo. À medida que superfície da água 42 sobe o ar acima da mesma é ventilado para a atmosfera por intermédio do furo 44; mas quando a água atinge a antepara a válvula de flutuador fecha e é gerado um choque de alta pressão. Isto força alguma água através da válvula de sentido único 46 para dentro do acumulador hidráulico 47 com o efeito da energia ser capturada para o acumulador hidráulico. A partir do acumulador água do mar sob pressão pode ser conduzida para fora através do tubo 48 para realizar trabalho útil de acordo com a arte. A água deste modo perdida a partir do tubo 42 é substituída a partir do mar quando a pressão na onda longa fica negativa por intermédio da válvula de sentido único 38 13 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ substancialmente como descrito acima. 0 efeito global desta concretização é que as ondas longas fazem com que a água do mar seja bombeada a alta pressão para uma saida útil sem partes móveis (além da válvula de flutuador e válvulas de sentido único). Nesta concretização o tubo distensivel 1 pode opcionalmente ser aberto para o mar na proa.

Outra concretização dos meios de extracção de energia é ilustrada a titulo de exemplo na Figura 8. Nesta concretização o tubo distensivel 1 está ligado a um tubo de saida rígido comprido 51 por meio de uma transição intermédia e secção correspondente 50. A dita transição e secção correspondente 50 pode incluir várias etapas (não ilustrado) com alterações de secção transversal e de distensibilidade com o efeito da onda longa com oscilações de pressão comparativamente pequenas e com grandes oscilações de velocidade longitudinal ser convertida sem substancial perda ou reflexão numa onda com elevadas oscilações de pressão e baixas velocidades, sendo a última mais apropriada para transmitir energia para terra através de um tubo comparativamente estreito.

Na concretização ilustrada a título de exemplo no alçado lateral longitudinal na Figura 9 o tubo distensivel 1 está apetrechado na popa com um tubo de extremidade parcialmente distensivel 60 apetrechado com uma ou mais válvulas de sentido único 61 que permitem que a água do mar entre no tubo mas não saia. O tubo está ainda apetrechado na proa com um tubo rígido 62 aberto para o mar e equipado com uma armação interna 63 que suporta um gerador eléctrico 65 e turbina de água 64. O funcionamento do sistema é como se segue. A pressão no interior do tubo distensivel 1 é geralmente mais elevada do que a pressão no exterior. Mas durante a fase de baixa pressão da onda longa que chega à popa, a pressão no interior do tubo de extremidade 60 é mais baixa do que a pressão no mar com o efeito da água ser sugada para dentro do dito tubo de extremidade através da válvula ou válvulas de sentido único 61. Durante a fase de alta pressão da onda longa a válvula de sentido único está fechada e a água não pode sair do tubo. O resultado é uma admissão líquida de água na popa que mantém a pressão média elevada no tubo distensivel 1 e o resultado é um fluxo de água mais ou menos 14 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ uniforme ao longo do tubo da popa para a proa. A dita água flúi para fora para o mar na proa através da turbina 64 gerando electricidade de acordo com a arte. Uma amarração 7 serve para manter o dispositivo em posição. Com vantagem o tubo de extremidade 60 pode ser apetrechado com uma ou mais câmaras laterais 66 que podem ser distensiveis ou rígidas e podem conter ar. As ditas câmaras laterais têm o efeito de melhorar a combinação da onda longa e regular o fluxo de água para a turbina. Nesta concretização o tubo distensível 1 em adição pode estar apetrechado com uma multiplicidade de válvulas de sentido único 68 dispersas ao longo do comprimento do tubo com o efeito de permitir a entrada de mais água no tubo nestas posições e melhorar o fluxo através da turbina 64. A Figura 10 mostra a título de exemplo em corte transversal lateral longitudinal outra concretização do sistema de válvula de sentido único que pode ser fixada à popa do tubo distensível ou em alguma posição ao longo do comprimento do tubo e utilizada em combinação com uma turbina na proa tal como descrito com referência à Figura 9. A finalidade desta concretização é aumentar a pressão no interior do tubo distensível 1 com vista a evitar qualquer tendência do tubo colapsar para dentro. Com referência à Figura 10, nesta concretização o tubo distensível 1 está apetrechado na sua popa com um tubo rígido 70 com pistão deslizante 71 que comprime e expande o fole ondulado 73. A alta pressão no interior do tubo 1 é equilibrada pela mola helicoidal 74. O espaço 78 no interior do fole comunica com o interior do tubo distensível 1 através da válvula de sentido único 72 e com o mar por intermédio da válvula de sentido único 75, enquanto o espaço entre o fole e o tubo rígido 70 pode, com vantagem, ser ventilado para a atmosfera por intermédio do tubo 76. Em funcionamento a pressão oscilante na onda longa no interior do tubo distensível 1 acciona o pistão 71 para a frente e para trás. Quando se move para a esquerda na Figura 10 suga água do mar por intermédio da válvula de sentido único 75 para dentro do espaço 78. Quando se move para a direita impele a água do espaço 78 através da válvula de sentido único 72 para dentro do tubo distensível 1. Nesta concretização o tubo distensível 1 está apetrechado na proa com uma turbina e gerador eléctrico substancialmente 15 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ como já ilustrado e descrito em relação à Figura 9 com o efeito da energia das ondas fazer com que a água seja bombeada através da turbina gerando electricidade útil. Muitas outras disposições de pistões podem ser adoptadas de acordo com a arte com o efeito de bombear água a pressão elevada para dentro do tubo distensível 1. Em particular, pode existir, com vantagem, uma série de câmaras 78, que podem ser colocadas em funcionamento em números variados, ao bloquear as válvulas de sentido único. Desta forma a pressão de onda longa mínima necessária para mover o pistão pode ser variada, para se adequar às condições da onda e adoptadas outras estratégias de controlo mais complexas.

Numa concretização alternativa semelhante à da Figura 9 mas não ilustrada, a válvula de sentido único 61 na popa pode ser invertida, permitindo que a água saia do tubo de extremidade 60 mas não entre e pode ser colocada uma turbina nesta corrente de água na popa. Numa outra alternativa em vez de passar através de uma turbina, o fluxo de água pode ser dirigido para um reservatório elevado quer no mar ou em terra com o efeito da água ser bombeada do mar para o reservatório. Isto pode ser utilizado, por exemplo, para despejar estuários ou abastecer pisciculturas.

A Figura 11 ilustra a título de exemplo o melhor modo de realizar o invento. Nesta concretização o tubo distensível 1 está apetrechado na popa com dois ou mais acumuladores distensíveis 80 e 81 que podem ter qualquer forma. A válvula de sentido único 82, a qual pode com vantagem ser uma válvula de bico de pato, permite que o fluido passe do tubo distensível 1 para dentro do acumulador 80, enquanto a válvula de sentido único 83 permite que o fluido passe do acumulador 81 de volta para o tubo distensível. Pode fluir fluido a partir do acumulador 80 para o acumulador 81 através da turbina 84 a qual acciona o gerador eléctrico 85. Em funcionamento a onda longa que chega à popa do tubo 1, na sua fase de alta pressão impele fluido através da válvula 82 para dentro do acumulador 80 e na sua fase de baixa pressão suga fluido para fora do acumulador 81 para dentro do tubo 1. Isto mantém uma diferença de pressão entre os acumuladores e dá origem a um fluxo mais ou menos estável de fluido através da turbina 84 que acciona o gerador eléctrico 85. A 16 ΕΡ 1 979 609/ΡΤ distensibilidade dos acumuladores que podem com vantagem ser feitos de borracha regulariza o fluxo. 0 fluido que pode ser água ou outro fluido hidráulico circula assim a partir do tubo distensivel 1 através dos acumuladores 80 e 81 passando através da turbina 84 e de volta para o tubo num circuito fechado, com a vantagem de ser evitada a contaminação por sujidade ou organismos marinhos. Nesta concretização a inércia do fluido contido nos acumuladores reduz o movimento da popa do tubo distensivel 1 com o efeito do débito de energia ser aumentado. Os acumuladores em vez de terem paredes distensiveis podem compreender depósitos de água não elásticos, abertos para o ar no topo ou depósitos fechados que contêm sacos compressiveis insuflados com ar sob pressão. Nesta concretização tal como ilustrado na Figura 11 as paredes do tubo distensivel 1 podem, com vantagem, compreender tiras alternadas longitudinais de elastómero paralelas 86 intercaladas com tiras paralelas de material flexivel mas não elástico tal como tecido revestido com polímero 87 todas unidas para fazer um tubo estanque à água, sendo escolhida a proporção de elastómero em relação a tecido na circunferência para se obter a distensibilidade óptima. Todo o conversor de energia das ondas, lastrado para flutuar na, ou perto da, superfície do mar, é mantido em posição pelo cabo de amarração 7 fixado à proa de acordo com a arte.

Aplicabilidade industrial O invento destina-se a ser utilizado para a extracção de energia útil a partir das ondas do oceano, quer como energia eléctrica gerada por um conjunto de turbina-alternador montado a bordo ou nas proximidades, ou como energia hidráulica transportada por fluido a alta pressão bombeado pelo invento. Se o fluido for água do mar bombeada a alta pressão pode ser utilizado directamente para dessalinização por osmose inversa de acordo com a arte.

Referências [1] James Lighthill, Waves in Fluids, Cambridge University Press (1978), p. 96 ff

Lisboa, 2013-04-30

Claims (14)

1. ΕΡ 1 979 609/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Aparelho para a conversão da energia das ondas de superfície do mar em energia útil, compreendendo o aparelho: - um tubo distensível comprido (1), que contém água ou outro líquido de densidade semelhante, imerso ou parcialmente imerso no mar, tendo o dito tubo extremidades opostas; - meios (7) para orientar o tubo (1) de tal forma que em utilização, com o tubo imerso ou parcialmente imerso, o tubo se prolongue geralmente na direcção da propagação da onda de superfície; e - meios de extracção de energia (5) numa ou em ambas as extremidades do tubo; caracterizado por o tubo (1) ter paredes elásticas ou parcialmente elásticas (10), sendo a elasticidade das paredes de modo que o tubo distensível responda a alterações na pressão interna com uma variação proporcional da sua área de secção transversal a partir do seu valor não perturbado, sendo a distensibilidade elástica das paredes do tubo escolhida e sendo o comprimento do tubo de modo que, em utilização, uma onda de pressão longitudinal, associada à dita alteração de área de secção transversal, se possa propagar ao longo do comprimento do tubo como uma onda longa na dita água ou outro líquido contido no tubo, sendo a velocidade de propagação das ditas ondas de pressão ao longo do tubo que resultam das ditas ondas de superfície geralmente igual ou próxima da velocidade de propagação das ditas ondas de superfície, de modo que a energia das ditas ondas de superfície possa ser transferida para a dita onda longa a partir da qual pode ser extraída energia útil pelos meios de extracção de energia (5).
2. 2 - Aparelho tal como reivindicado na reivindicação 1, em que o tubo (1) tem uma ou mais paredes que se prolongam em torno de uma circunferência do tubo, sendo a dita parede (s), numa parte da circunferência, elástica (10), e na outra parte da circunferência flexível mas não elástica (12).
3. 3 - Aparelho tal como reivindicado na reivindicação 2, em que a parede do tubo (1) compreende tiras longitudinais ΕΡ 1 979 609/ΡΤ 2/3 paralelas de borracha (86) intercaladas com tiras longitudinais paralelas de material flexível não elástico (87) .
4. 4 - Aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação precedente, em que o tubo (1) tem paredes onduladas (13) ou elípticas.
5. 5 - Aparelho tal como reivindicado na reivindicação 1, em que o tubo (1) tem paredes (10), compreendendo as ditas paredes uma estrutura reticulada (14) de material flexível ou elástico que encerra espaços que são insuflados com ar comprimido ou outro fluido.
6. 6 - Aparelho tal como reivindicado na reivindicação 1, em que o tubo (1) tem paredes, compreendendo as ditas paredes espaços internos que podem ser insuflados com ar ou outro fluido com o efeito da distensibilidade do tubo poder ser ajustada.
7. 7 - Aparelho de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a distensibilidade do tubo (1) varia ao longo do comprimento do tubo.
8. 8 - Aparelho tal como reivindicado na reivindicação 7, em que a forma da secção transversal ou o tamanho da secção transversal do tubo (1) e consequentemente a distensibilidade do tubo, varia ao longo do comprimento do tubo.
9. 9 - Aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação precedente, que compreende ainda meios de flutuação (4), de tal modo que o tubo (1) irá flutuar perto da superfície do mar (3).
10. 10 - Aparelho tal como reivindicado em qualquer reivindicação precedente, em que os meios de extracção de energia (5) compreendem um pistão (21, 31) que se move num cilindro (20, 30).
11. 11 - Aparelho tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, em que os meios de extracção de energia (5) compreendem uma ou mais válvulas de sentido único (38, ΕΡ 1 979 609/ΡΤ 3/3 61) na popa do tubo (1) e uma turbina de água ligada ao tubo na proa ou popa que acciona directa ou indirectamente um gerador eléctrico.
12. 12 - Aparelho tal como reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, em que os meios de extracção de energia compreendem duas ou mais válvulas de sentido único (82, 83) na popa do tubo (1) que comunicam com dois ou mais acumuladores distensiveis (80, 81) com uma turbina de água (84) entre os acumuladores que acciona directa ou indirectamente um gerador eléctrico (85) .
13. 13 - Método para a conversão da energia das ondas de superfície do mar em energia útil, que utiliza um aparelho tal como reivindicado em qualquer das reivindicações precedentes, contendo o tubo do dito aparelho água ou outro liquido de densidade semelhante, compreendendo o método os passos de: - imergir ou imergir parcialmente o tubo (1) no mar; - orientar (7) o tubo dentro do mar de tal modo que o tubo se prolongue geralmente na direcção das ondas de superfície do mar, e - utilizar os meios de extracção de energia (5) para extrair energia útil a partir das ondas longas.
14. 14. Método tal como reivindicado na reivindicação 13, em que o tubo (1) está completamente cheio com a dita água ou outro liquido. Lisboa, 2013-04-30