PT2417332E - Instalação concebida para converter energia térmica ambiental em energia útil - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "INSTALAÇAO CONCEBIDA PARA CONVERTER ENERGIA TÉRMICA AMBIENTAL EM ENERGIA ÚTIL" A presente invenção diz respeito a uma instalação concebida para converter energia térmica disponível num dado ambiente em energia útil. A invenção também diz respeito a um processo implementador de uma tal instalação destinada à conversão de energia térmica disponível num dado ambiente em energia útil. 0 documento WO2008/068491 divulga um gerador de electricidade e um correspondente procedimento para trabalhar com esse gerador. Um recipiente de campo mantido a uma pressão inferior à pressão atmosférica é aquecido por águas residuais quentes. Um meio de transferência de calor, como por exemplo a água, é desta forma aquecido e evaporado. O escoamento de água evaporada criado acciona uma turbina equipada de maneira a produzir corrente eléctrica. O documento DE 27 51 530 divulga um dispositivo e modo de funcionamento semelhantes. O meio de transferência de calor é aquecido usando energia geotérmica. -2- ΡΕ2417332 0 documento US 3 919 845 divulga um procedimento e um equipamento para geração de energia eléctrica num rotor de turbina rotativa. Dois fluidos de trabalho encontram-se a circular dentro da turbina, com um terceiro fluido a proporcionar uma alimentação de calor, e que também serve como receptor de calor. Ambos os fluidos de trabalho são comprimidos e encontram-se numa relação de troca de calor, durante e depois da compressão. É necessário fornecer trabalho aos referidos fluidos durante a compressão, e é obtido trabalho a partir dos mesmos fluidos durante a expansão. A presente invenção propõe uma diferente instalação e procedimento, que permitem converter energia térmica disponível num ambiente em energia útil A instalação de acordo com a presente invenção está definida na reivindicação 1. Outros modelos de realização são definidos nas reivindicações 2 a 4. 0 processo implementador da instalação de acordo com a presente invenção encontra-se definido nas reivindicações 5 a 8.

Como irá ser mostrado, o processo e a instalação utilizam um fluido pressurizado nas suas cavidades, como um agente para receber energia térmica a partir de um ambiente envolvente, e para a transmitir de modo a ser convertida em formas utilizáveis. 0 fluido, colocado em condições de -3- ΡΕ2417332 centrifugação, está no estado gasoso, pelo menos para a parte do processo através da qual ele transmite uma parte da sua energia armazenada para o exterior, para transformação e utilização proveitosa.

Em cada ciclo - sendo o ciclo o processo pelo qual uma porção do fluido do sistema com massa (m) passa através de todo o sistema, designado por trajectória de escoamento, até regressar à sua posição inicial - o fluido é arrefecido, no inicio do ciclo, pela perda de energia produzida ao realizar trabalho no exterior do sistema, e é reaquecido através da recepção de calor a partir do ambiente envolvente, provocando o arrefecimento do ambiente. 0 processo e a instalação podem apresentar dimensões e níveis de produção de energia que vão desde o muito pequeno até ao muito grande, assim ampliando as circunstâncias e variedade de utilizações. Além disso, o processo e a instalação podem ser configurados de muitas maneiras, para serem adoptados a cada utilização particularmente escolhida.

Por esta razão, os materiais, estrutura, dimensões, componentes e a configuração apresentados neste pedido são representativos dos requisitos necessários para efectuar o trabalho do processo e da instalação, em vez de constituírem uma escolha absoluta. Os detalhes servem, a título de exemplo, para proporcionar um suficiente -4- ΡΕ2417332 conteúdo, apresentando a validade do processo prático e da instalação. A instalação e o processo da invenção serão descritos em maior detalhe fazendo referência aos desenhos anexos: a Figura 1 é uma vista em secção de corte axial do rotor interno, para um primeiro modelo de realização da invenção; a Figura 2 é uma vista esquemática em secção de corte axial de uma instalação global; a Figura 3 é uma vista em perspectiva do rotor interno; as Figura 4 e 5 são vistas esquemáticas parciais, respectivamente em perspectiva e em secção de corte, da instalação; a Figura 6 é uma vista em perspectiva da vedação em saia; a Figura 7 é uma vista de frente da vedação em saia com o seu motor de comando; a Figura 8 é uma vista parcial em perspectiva de um conector eléctrico deslizante; a Figura 9 é uma descrição esquemática das ligações propulsores-geradores-cargas. a Figura 10 é uma vista em secção de corte axial do rotor interno e do invólucro externo, para um segundo modelo de realização da presente invenção; a Figura 11 ilustra um exemplo esquemático de ligação prática às áreas ambientais mais fria/mais quente. -5- ΡΕ2417332 A instalaçao é constituída por três elementos principais:

- Rotor interno, que no que se segue será igualmente referido como IR

- Invólucro externo, com ou sem caixa adicional, que no que se segue será igualmente referido como OS A unidade externa representa as diversas unidades externas que fazem parte de um conjunto mais vasto, no qual a instalação e o processo objecto do presente pedido constituem um componente. A unidade ou unidades externas incluem as cargas eléctricas, os componentes de monitorização e de controlo, e será no que se segue igualmente referida como EU. 0 rotor interno IR consiste numa estrutura de rotação dentro do OS e dele separado por vácuo, e que está apoiado no OS em duas superfícies de suporte 19, 38 (Figura 1). A estrutura principal do IR é constituída por três partes, umas dentro das outras, fixadas umas às outras em torno de seu eixo de rotação comum. 0 cilindro exterior 1 constituindo a pele externa do IR é um cilindro oco e fechado. Ele é feito num material termicamente condutor, tipicamente um metal tal como alumínio ou aço, que seja suficientemente espesso para suportar a pressão exercida pelo fluido no seu interior - nas suas cavidades 4, 5, 6 -em relação às condições de vácuo no seu lado de fora, entre ele próprio e o OS. -6- ΡΕ2417332 0 comportamento de interacção/absorção electromagnética (daqui em diante referido como "cor") do cilindro exterior 1 será tal que permita a máxima absorção possivel do espectro mais largo da radiação electromagnética, de modo a receber a radiação térmica proveniente do OS através do vácuo, e a transferi-la para o fluido situado nas cavidades 4, 5 (estando a cavidade 6 termicamente isolada).

Em torno do cilindro exterior 1, sobre o seu lado de fora, estão fixadas aletas circulares permutadoras de calor 23, as quais são do mesmo material e cor e são fixadas por cima do cilindro exterior 1 de uma maneira termicamente condutora. 0 papel destas aletas, que são perpendiculares à superfície externa do cilindro 1 e ao seu eixo, é o de aumentar a área de permuta através da qual passa a energia electromagnética radiada pelo OS - assim permitindo que a energia térmica proveniente do espaço envolvente do OS seja completamente conduzida para o seio do fluido situado nas cavidades não isolados 4, 5, da maneira mais eficiente, menos obstruída e menos refractada possível - constituindo a sua fonte de energia térmica.

Do lado oposto destas aletas 23, fixadas na superfície interna do cilindro exterior 1, encontram-se as aletas permutadoras de calor 21, as quais são perpendiculares à sua superfície e paralelas ao seu eixo. Estas aletas desenvolvem-se ao longo do comprimento do cilindro exterior 1 e convergem em direcção ao centro, na -7- ΡΕ2417332 sua base, de uma maneira em que elas ficam imersas no seio do fluido, o qual se estará a escoar de uma base à outra das cavidades 4 e 5 durante o funcionamento normal e com a menor resistência possível ao escoamento. Estas aletas 21 -as quais são paralelos ao padrão de escoamento do fluido nas cavidades 4, 5 - são feitas no mesmo material que o cilindro exterior 1, são da mesma cor, e estão nele fixadas de uma maneira termicamente condutora. 0 seu propósito é o de aumentar a área de troca de calor entre o cilindro exterior 1 e o fluido no seu interior.

Centrado no eixo do cilindro exterior 1, sobre a sua base não isolada, encontra-se um motor eléctrico 17 cujo rotor 18, montado numa manga 20, está fixado na superfície de suporte 19 do invólucro externo.

Este motor eléctrico tem o objectivo de fazer rodar o IR relativamente ao OS e, em termos absolutos, funciona como centrifugador. 0 motor 17 está montado no cilindro exterior 1 de uma maneira termicamente condutora, para permitir que as perdas de calor no seu interior (devidas ao atrito e a perdas por resistência eléctrica) regressem de forma tão eficiente quanto possível ao seio do fluido no interior da cavidade 5. A manga 20 possibilita o movimento ao longo do eixo, para permitir uma expansão/contracção associada com a temperatura, embora não permitindo a rotação do rotor 18 no seu interior. Ou seja, para permitir ao rotor a força -8- ΡΕ2417332 resistente necessária que lhe possibilite a geraçao de rotação.

Na outra base do cilindro exterior 1, sobre este e em paralelo com o seu eixo, é fixada a haste de suporte 34. A haste de suporte 34 é mantida dentro de um rolamento 37, que está fixado à superfície de suporte 38 do OS de uma maneira que permita um movimento de rotação livre com um mínimo de atrito, mas nenhum movimento ao longo dela. Em redor da haste de suporte 34, que é oca, é fixado um cilindro electricamente isolado 45, passando a haste de suporte 34 através dele. Este cilindro 45 apresenta diversas pistas circulares electricamente condutoras 47, colocadas sobre a sua superfície. Cada uma destas pistas está electricamente ligada a um condutor, que de resto está isolado, passando através da haste de suporte 34 para dentro do cilindro exterior 1, de uma maneira que é hermeticamente vedada para qualquer escoamento entre o lado de dentro e o lado de fora do cilindro exterior 1.

Um segundo cilindro 35, também oco e feito de material electricamente isolante, é colocado em redor do cilindro 45, e é fixado no OS por intermédio de condutas herméticas de passagem 36 para apoio/condução. No interior deste cilindro 35, são fixadas escovas 46 electricamente condutoras, sendo cada uma delas pressionada contra um correspondente anel condutor. Isto é feito de tal maneira que, quando o IR rodar dentro do OS, seja continuamente mantida a condutividade eléctrica entre o cabo condutor -9- ΡΕ2417332 ligado ao anel a partir do IR e o condutor eléctrico ligado à escova. Para uma condutividade melhorada, podem ser atribuídas diversas escovas electricamente ligadas, para serem pressionados contra cada um dos anéis.

Cada escova (ou grupo de escovas atribuídas ao mesmo anel) está electricamente ligada a um condutor eléctrico (que de resto está isolado), o qual passa através das condutas 36 em direcção ao lado de fora do OS. Isto permite a concretização de uma condução eléctrica contínua para cada cabo entre o lado de fora do OS e o lado de dentro do IR, mesmo em situações de rotação (comparável à típica alimentação de energia eléctrica a motores/alternadores), ao mesmo tempo que são mantidas as condições herméticas para o escoamento de fluido.

Esta ligação deslizante permite a passagem de três tipos de corrente eléctrica: energia eléctrica propriamente dita, sinais de monitorização e sinais de controlo, como será adiante explicado. Dependendo de considerações relativas ao custo, dimensões, complexidade, etc. da instalação, poderão ser utilizadas outras formas de transmissão de energia eléctrica e/ou de sinais, tais como o acoplamento ou transmissão electromagnética.

Sobre uma das duas bases do cilindro exterior 1, junto da cavidade 6, estão montadas duas válvulas 32 e 33. A válvula 32 é uma válvula de via única de não-retorno que permite o escoamento do fluido para dentro da cavidade 6 do - 10- ΡΕ2417332 IR, mas nao permite que o fluido se escoe para o lado de fora. Ela encontra-se normalmente fechada, uma vez que as cavidades do IR, em funcionamento normal, estão destinadas a ser enchidas com fluido sob pressão, e o espaço do lado de fora do IR - entre IR e OS - está praticamente em vácuo. A válvula 33 é uma válvula manual de duas vias que está normalmente fechada. A válvula 32 pode ser usada para pressurizar as cavidades do IR com fluido, através da pressurização do espaço entre OS e IR e evacuando depois o fluido para fora desse espaço sem perder a pressão no interior do IR. A válvula 33 permite a criação/libertação manual de pressão dentro do IR, quando assim for requerido. Para evitar/reduzir a perda de pressão ao longo do tempo e a degradação do vácuo em instalações práticas, estas válvulas podem ser substituidas/cobertas por fragmentos de cobertura soldados.

Sobre cada uma das bases do cilindro exterior 1, nos pontos do eixo, está fixada uma estrutura em forma de cone, os cones 8, 9. Cada um dos cones está fixado, pela sua base, à base do cilindro exterior 1 de uma maneira termicamente condutora, e apresenta o eixo comum com o cilindro exterior 1. A principal função destes cones consiste em facilitar o escoamento de fluido entre a cavidade 4 (desenvolvendo-se ao longo da periferia) e a cavidade central 7 - atravessando as cavidades 5, 6 - com turbulências mínimas, promovendo tanto quanto possível um suave escoamento laminar. Estes cones de escoamento não são cones perfeitos - as suas paredes que ligam a base ao - 11 - ΡΕ2417332 vértice apresentam perfil parabólico, em vez de direito, quando observadas lateralmente - para uma suave mudança de direcção do escoamento. Estes cones de escoamento são feitos a partir do mesmo material que o cilindro exterior 1. Ao cone de escoamento 8 está fixada uma manga 16, a qual também se situa no seu eixo e se mantém firmemente dentro da sua estrutura de suporte 11. 0 cone de escoamento 9 está fixado na estrutura de suporte 10. As estruturas de suporte 10 e 11 são estruturas de haste, sendo cada qual composta por seis hastes de igual comprimento que são ligadas umas às outras segundo ângulos de 60 graus, e que são fixadas nas suas extremidades opostas em torno da periferia do cilindro interior 3. Em cada uma das estruturas de suporte 10, 11, existe uma haste adicional ligada ao centro e que é posicionada para estar sobre o eixo do cilindro exterior 1. Esta haste fixa a respectiva estrutura de suporte ao cone de escoamento 9, e é fixada ao cone de escoamento 8 dentro da manga 16 na cavidade 5.

Estas duas estruturas de suporte baseadas em hastes têm a função de ligar as três peças principais do IR: cilindro exterior 1, cilindro intermédio 2 e cilindro interior 3. Isto é feito permitindo-lhes ter um eixo comum, e permitindo que o fluido presente nas cavidades 4, 5, 6, 7 se escoe com uma resistência de escoamento mínima em relação aos suportes 10 e 11. Um cilindro intermédio 2 é uma estrutura cilíndrica fechada do mesmo material e cor que o cilindro exterior 1, o qual forma uma estrutura cilíndrica oca fechada, com duas bases paralelas. O - 12- ΡΕ2417332 cilindro intermédio 2 apresenta o mesmo eixo do cilindro exterior 1, e está suspenso dentro do cilindro exterior 1 pelas suas duas bases, em torno dos pontos de eixo, por estruturas de suporte 10 e 11 que estão ligadas de forma firme respectivamente ao vértice do cone de escoamento 9 e fixada dentro da manga 16.

Dentro do cilindro intermédio 2 está fixado um cilindro 3 de extremidades abertas, que é um cilindro de mesmo material e cor que o cilindro intermédio 2. O cilindro interior 3 tem o mesmo eixo que o cilindro intermédio 2 e que o cilindro exterior 1, e está ligado, em redor do seu perímetro, às bases do cilindro intermédio 2, sendo removida a parte das bases do cilindro intermédio 2 que se sobrepõem às bases do cilindro interior 3. A combinação destes dois cilindros 2, 3 torna-se num cilindro fechado com um tubo oco que passa através das respectivas bases. 0 cilindro intermédio 2 e o cilindro interior 3 estão ligados na periferia do cilindro interior 3 de uma maneira hermética, que não permite que o fluido se escoe entre as cavidades 4, 5, 6, 7 (que estão livremente ligadas entre si) e a cavidade 40 dentro do cilindro intermédio 2. No cilindro intermédio 2, existe um pequeno orifício 48 para permitir a equalização de pressões entre a cavidade 4 e a cavidade 40. Sobre a superfície do cilindro intermédio 2, nas paredes internas e na periferia, existem adicionais aletas permutadoras de calor 22, as quais lhes estão termicamente ligadas. Estas aletas são do mesmo - 13- ΡΕ2417332 material e cor, e cada uma delas é perpendicular à superfície à qual está ligada. A configuração destas aletas pode variar e a sua finalidade é a de aumentar a área de troca de calor, permitindo a recolha do calor produzido pelos geradores 15 por perdas devidas à corrente eléctrica e ao atrito, os quais estão dentro da cavidade 40.

As aletas permutadoras de calor 24, colocadas sobre as coberturas 49 dos geradores, são feitas do mesmo material e cor, e estão destinadas a aumentar a superfície de troca de calor, para uma máxima evacuação e recuperação do calor proveniente dos geradores. Este sistema de aletas (aletas emissoras 24 acopladas com aletas receptoras 22) contribui - em conjunto com a energia térmica principal e original ("original" porque é a fonte que reabastece o sistema com toda a sua energia produzida) proveniente do lado de fora do OS - para reaquecer o fluido que se escoa através das cavidades 4, 5.

Dentro do cilindro interior 3 está fixado um conjunto de propulsores 13, por intermédio de hastes de suporte 12. As hastes de suporte 12 apresentam um perfil que minimiza a sua resistência ao escoamento do fluido na cavidade 7. Cada um dos propulsores é de ângulos de asa (pá) que são adaptados às circunstâncias de escoamento do fluido em seu redor, de modo a optimizar a respectiva eficiência na conversão do escoamento de fluido que por eles passa em trabalho produzido (considerando parâmetros tais como velocidades, densidades, etc.) Os propulsores 13 - 14- ΡΕ2417332 são normalmente feitos de material rígido termicamente isolante. 0 número mínimo de propulsores no conjunto é igual a um, e o número máximo pode variar e atingir um valor (n). 0 sentido de rotação em parafuso de cada propulsor é oposto ao do que o antecede, de modo a recuperar o componente de energia cinética do escoamento angular do fluido em torno dele, que é gerado pela resistência ao escoamento dos propulsores antecedentes. A circunferência de pá de cada propulsor é quase igual ao diâmetro da cavidade livre 7 em torno dele. Cada propulsor está ligado no seu centro por uma ligação haste-veio 14 ao rotor do seu respectivo gerador eléctrico 15 (gerador eléctrico que pode ser alternador ou dínamo), de uma maneira que permita a rotação de cada propulsor 13 pelo escoamento do fluido que passa através dele para accionar o rotor do gerador que a ele está ligado. A haste 14 passa através da pele do cilindro interior 3 pelo meio de um orifício 43. Desde que esteja em funcionamento normal, a pressão do líquido cai à medida que o fluido se escoa na cavidade 7 ao longo do conjunto de propulsores (proveniente da cavidade 5 e dirigindo-se para a cavidade 6) e, a não ser que seja bloqueado, o fluido ir-se-ia escoar entre os orifícios 43, cavidade 7 e cavidade 40. Para evitar isto, podem ser usadas diversas configurações de solução: tornando os furos praticamente estanques em relação ao ar, ou fazendo passar todos os veios, uns dentro dos outros, num único orifício, etc. - 15 - ΡΕ2417332 A solução aplicada na instalação foi a de cobrir toda a área de cada montagem orifício-veio-gerador com uma caixa individual de vedação hermética 49, feita de material e cor termicamente condutores, a qual é termicamente ligada ao corpo do gerador e está equipada com aletas de radiação 24, como atrás mencionado. Isto permite a separaçao hermética da cavidade 7 relativamente à cavidade 40, sendo que o único ponto de passagem de fluido entre a cavidade 40 e as outras cavidades será o orifício 48 para equalização de pressões. A produção de cada gerador é separadamente conduzida, para o lado de fora do IR e para o lado de fora do OS, através de condutores isolados que passam - sendo fixados ao longo das paredes do cilindro interior 3 - pelas hastes de suporte 10, haste de suporte 34, anéis 47, escovas 46 e condutas 36. Todas as passagens destes condutores através das paredes são realizadas de modo a serem herméticas em relação ao escoamento do fluido.

Uma possível alternativa útil opcional para esta montagem gerador-conjunto propulsor-veio-caixa de cobertura pode passar pela fixação do rotor de cada gerador no respectivo propulsor, para permitir que ele constitua uma peça única movendo-se com o propulsor (e até com o mesmo formato), estando o estator em torno dele fixado no lado de fora do cilindro interior 3. Nestas circunstâncias, o material de que é feito o cilindro interior 3 será apropriado para esta alternativa, de modo a não interromper a interacção electromagnética entre o rotor e o estator. Esta alternativa apresenta diversas vantagens: não existe - 16- ΡΕ2417332 passagem directa de fluidos entre a cavidade 7 e a cavidade 40, não há partes móveis dentro da cavidade 40, etc.

Uma adicional alternativa opcional para uma independente montagem propulsor-gerador-carga pode consistir na união dos propulsores - em grupos, ou todos eles - na mesma montagem gerador-carga, e no ajustamento do perfil de cada propulsor e da razão de velocidades de rotação (ligando cada propulsor ao rotor do gerador por intermédio de rodas dentadas com determinadas razões de raios) adaptando a interacção do fluido com ele, para contribuir para uma máxima potência adicional produzida sobre a carga. Tais ajustamentos podem ser efectuados por meio de ensaios manuais. Esta solução apresenta várias vantagens, tais como a redução de custos, de peso, de espaço exigido, etc. Ela pode no entanto ser menos flexivel em se adaptar a uma vasta gama de condições de trabalho.

Os geradores podem ser distribuídos em redor da cavidade 7, de uma forma que assegure uma distribuição simétrica de peso em torno do eixo de rotação, para evitar vibrações, atritos adicionais, e fadiga de material relacionada com a rotação. 0 mesmo princípio é aplicado a todos os componentes da instalação, adicionando contrapesos onde for necessário para posicionar tanto quanto possível o centro de massa de toda a instalação sobre o eixo de rotação. Em cada uma das duas extremidades do cilindro interior 3, são fixados três aparelhos de medida: medidor de pressão 52, 55, medidor de temperatura 50, 53 e medidor - 17- ΡΕ2417332 da velocidade do fluido 51, 54. Os medidores de pressão e de velocidade do fluido podem ser combinados usando instrumentos tais como tubos de Pitot para medição das pressões estática, dinâmica e de estagnação (global) .

Todos estes aparelhos de medida fornecem dados acerca dos seus parâmetros medidos sob a forma de sinais eléctricos (voltagem, variações de resistência eléctrica, ou qualquer outro método comercialmente disponível na actualidade). 0 sinal passa através das mesmas condutas que os condutores de saída da energia eléctrica, através do respectivo anel 47 e acoplamentos de escovas 46 na conexão deslizante, a caminho do lado de fora do OS, para ser lido no correspondente equipamento de leitura na EU, que converte esses dados eléctricos em formas legíveis (ou noutros formatos de saída utilizáveis). A passagem do sinal para o lado de fora do IR e do OS é realizada por condutores isolados contidos em condutas, que são herméticas ao escoamento do fluido.

No IR, dentro dele e no espaço entre os cilindros, existem cavidades que, em funcionamento normal, estarão pressurizadas com fluido (normalmente no estado gasoso). A cavidade 40 constitui o espaço livre que se encontra do lado de fora do cilindro interior 3, e do lado de dentro do cilindro intermédio 2, e está basicamente separada das outras cavidades, com excepção da equalização de pressões através do orifício de respiração 48. Dentro desta cavidade encontram-se as caixas de cobertura 49 da - 18- ΡΕ2417332 montagem do gerador que impedem a passagem do fluido entre o lado de dentro do cilindro interior 3 (através dos orifícios 43) e a cavidade 40. Esta cavidade pode ser seccionada por placas, montadas de forma hermética ou firmemente apertadas, feitas de materiais termicamente condutores, para melhorar a transferência da energia térmica proveniente dos geradores e do fluido no seu interior, para o fluido no interior da Cavidade 4 e da Cavidade 5. Além disso, estes separadores - que, vistos a partir de uma das bases, seccionam a base circular - evitam que o fluido se desloque em movimento angular em torno do eixo. Uma cavidade 7 no lado de dentro do cilindro interior 3 está ligada, através das suas duas extremidades, às cavidade 5 e 6 para livre escoamento do fluido. 0 fluido nesta cavidade está destinado a escoar-se livremente, em funcionamento normal, a partir da cavidade 5 e atravessando o conjunto de propulsores em direcção à cavidade 6. Dentro das paredes periféricas do cilindro interior 3, em torno desta cavidade, é montada uma camada termicamente isolante 27 - geralmente feita de borracha, rocha ou lã de vidro -para reduzir ao mínimo qualquer aquecimento do fluido dentro da cavidade 7 pelo calor dos geradores, ou de qualquer outra fonte, que passe através da cavidade 40. A cavidade 6 é o espaço livre entre a base do cilindro intermédio 2 e a base do cilindro exterior 1 (e o cone 9) . Esta cavidade cilíndrica faz a ligação entre a cavidade 7 e a cavidade 4, permitindo a livre circulação do fluido. Em torno desta cavidade, é montada uma camada termicamente isolante 25, 26 que cobre o lado de dentro da base do - 19- ΡΕ2417332 cilindro exterior 1 e do cone 9, e que cobre o lado de fora da base do cilindro intermédio 2. Este isolamento é feito no mesmo material que o isolamento 27 e tem a função de impedir a condução térmica através das paredes. 0 fluido que passa através da cavidade 6 está destinado a ter uma temperatura substancialmente mais baixa do que a temperatura ambiente, e é obrigado a permanecer assim até que saia em direcção à cavidade 4. Esta cavidade 4 constitui o espaço entre a periferia externa do cilindro intermédio 2 e o lado de dentro da periferia do cilindro exterior 1. Nesta cavidade, o fluido que se escoa desde a Cavidade 6 até à Cavidade 5 fica exposto ao calor proveniente do lado de fora do IR, e ao calor proveniente do lado de dentro da cavidade 40. 0 fluido nesta cavidade entra a uma temperatura arrefecida proveniente da cavidade 6 e sai a uma temperatura mais elevada em direcção à cavidade 5. A cavidade 5 constitui o espaço livre entre a base do cilindro intermédio 2 e a base do cilindro exterior 1 (e o seu cone 8). Esta cavidade cilíndrica faz a ligação entre a cavidade 4 e a cavidade 7, permitindo a circulação livre do fluido (em condições de trabalho normais, a partir da cavidade 4 para a cavidade 5 e para a cavidade 7) . As três cavidades 6, 4, 5 - que estão interligadas por fluido em circulação e que estão ligadas à cavidade central 7 -são seccionadas por, pelo menos, um plano teórico (que passa pela linha de eixo) . Sobre este plano teórico estão posicionadas placas reais nas cavidades, que impedem que o fluido se desloque livremente em movimento angular em torno do eixo de rotação, em relação às cavidades. Estas placas -20- ΡΕ2417332 limitam o movimento dos fluidos dentro das cavidades, obrigando-os a escoar-se da seguinte maneira: nas cavidades 5 e 6 ao longo da direcção radial e, na cavidade 4, paralelamente ao eixo de rotação. Estas placas são herméticas (completamente, ou quase) à passagem de fluido, e não se encontram presentes (são recortadas de modo a não perturbar) em espaços destinados a ser ocupados por outros componentes, tais como a vedação em saia 30 (ou um conjunto de válvulas) e o motor 28, as hastes de suporte 10, 11, e os cones 9, 8. As cavidades também podem ser seccionadas por placas situadas em dois ou mais planos igualmente inclinados (apresentando-se sob a forma de "fatias de uma tarte" quando observados a partir de uma das bases).

No IR existem três válvulas ou vedações ajustáveis, duas dos quais - 41 e 42, equipadas com motor de comando 44 - estão situadas na cavidade 7. Estas duas vedações são circulares, e podem variar entre duas posições extremas, aberta e fechada. Na posição aberta, as vedações apresentam o perfil que oferece uma resistência minima ao escoamento do fluido através delas, e, na posição fechada, vedam hermeticamente qualquer passagem de escoamento através delas. Estas duas vedações são comandadas, de forma independente uma da outra, pela EU localizada do lado de fora do OS. Os motores 44 das vedações são alimentados e accionados através de condutores isolados ligados através dos conectores deslizantes pelo anel individual 47 e acoplamentos de escovas 46. Os condutores isolados passam através das paredes dos cilindros no seu caminho para os -21 - ΡΕ2417332 anéis 47, de uma maneira hermeticamente vedada, através dos pontos de passagem. Para estas vedações 41, 42 pode ser utilizada qualquer adequada vedação comercialmente disponível, com parâmetros de funcionalidade semelhante. A terceira vedação 30 é feita numa fita elástica de borracha do tipo saia (doravante designada por "saia de borracha", ou simplesmente "saia"), a qual é fixada hermeticamente em torno do lado de fora da base do cilindro intermédio 2, contra a camada de isolamento 26. Dentro da saia de borracha, segundo intervalos regulares, são colocadas tiras planas rígidas que são fortemente elásticas e normalmente direitas (Figura 6). Estas tiras obrigam a saia de borracha a ser hermeticamente pressionada contra a superfície do lado de dentro do cilindro exterior 1, ao longo de toda a sua periferia, pressionando-as hermeticamente contra a junta circular 31. Em redor da saia de borracha é fixada uma cinta que está equipada com um padrão repetido de extensões (ou "dentes") ligadas ao rotor 29 do motor 28 que controla o diâmetro da saia. 0 rotor 29 também está equipado com correspondentes dentes, e é controlado a partir do lado de fora, da mesma forma que acontecia com as outras vedações. O motor 28, ao rodar e fixar o rotor numa determinada posição, fecha ou abre a cinta empurrando-a contra os seus dentes, assim estabelecendo o diâmetro externo da saia, o que lhe permite variar a sua função como sendo a de uma vedação completa, uma limitação ao escoamento do fluido no sentido contrário, ou não interferindo com o escoamento ao fechar a cinta de modo a ficar completamente pressionada contra a superfície da -22- ΡΕ2417332 periferia externa do cilindro intermédio 2. Poderá ser usada qualquer outra solução de válvula disponível, em vez da válvula de saia. 0 invólucro externo 61 é uma caixa hermeticamente fechada dentro da qual está montado o IR. Esta caixa é feita de material e cor termicamente condutores, tal como alumínio ou aço, e terá uma resistência suficiente para suportar a pressão ambiente do seu lado de fora em relação às condições de vácuo existentes entre ele próprio e o IR, na cavidade 60, em condições normais de trabalho (Figura 2) . Sobre o OS está fixada uma válvula manual 63, através da qual o fluido pode ser empurrado para dentro ou para fora, possibilitando a pressurização das cavidades no lado de dentro do IR (através da válvula de não-retorno 32) e, depois disso, a evacuação de tanto fluido quanto possível para fora da cavidade 60. Esta válvula estará fechada em condições normais de trabalho.

As aletas 62 são feitas de material termicamente condutor, tal como alumínio ou aço, e de absorção da cor, tal como o material do corpo 61 e do IR. Estas aletas estão ligadas ao corpo 61 de uma maneira termicamente condutora, e têm a finalidade de aumentar para um valor máximo a superfície de troca de calor através da qual o OS recebe energia proveniente do ambiente e a transfere - através da cavidade 60, por radiação electromagnética - para o fluido pressurizado situado nas cavidades dentro do IR. 0 número de aletas, a sua forma e modelo poderão variar muito, e -23- ΡΕ2417332 dependem das circunstâncias de utilização. Um exemplo de tal modelo pode ser uma estrutura em "gaiola" com diversas camadas, permitindo que o fluido proveniente do espaço

envolvente do OS transfira o máximo de calor e circule livremente. Neste contexto, o formato do corpo 61 do OS também poderá variar bastante, podendo ser cilíndrico, paralelepipédico, esférico, ou de qualquer outro formato, dependendo das circunstâncias de utilização.

As aletas 65 no lado de dentro do OS são feitas do mesmo material e cor que as aletas 23 do IR, e funcionam como suas equivalentes no sentido de aumentar a superfície emissora/receptora de radiação entre OS e IR. Os cabos 66 são condutores isolados que transportam as correntes eléctricas de energia, de monitorização e de controlo entre a EU e o IR. Estes cabos serão fixados de maneira a ficarem herméticos em relação a qualquer escoamento de fluido entre o lado de fora e o lado de dentro do corpo 61 do OS. 0 suporte 64 é feito em material rígido para manter o OS suspenso/fixado na plataforma de suporte. A bacia 67 é um colector que é opcional e serve para recolher líquidos condensados, tais como água, para utilizações vantajosas. Uma vez que, em condições de trabalho, a temperatura no interior do OS cai, as aletas 65 e as aletas 23 no IR estão afastadas de modo a nao S6 tocarem, quaisquer que sejam os gradientes de temperaturas de trabalho projectados (dado que o IR roda dentro do OS). No corpo 61 do OS, pode ser fixado de maneira termicamente -24- ΡΕ2417332 condutora um opcional motor eléctrico 68, que está equipado com um propulsor 69 para aumentar a exposição do OS a moléculas do fluido ambiental que estão continuamente a chegar de novo, aumentando assim o calor útil recebido pelo sistema durante um dado período de tempo. 0 motor acciona o propulsor que promove a circulação. A potência para o motor chega através dos condutores isolados 66 e está limitada a ser uma parte da potência útil global efectivamente produzida pelo sistema, conforme será esclarecido na descrição do processo. Este motor 68 pode ser utilizado para gerar propulsão, movimento, ou uma vantajosa circulação de fluido. A título de exemplo, um tal sistema quando imerso em água pode impulsionar a sua plataforma (navio), proporcionar circulação de ar frio, etc., em configurações para as quais a exigência reside em que seja maximizada a energia eléctrica produzida pelo processo, sendo ajustada a parte da energia eléctrica disponível que é destinada a este motor, de modo a receber a máxima produção útil restante. A EU pode ser materializada em diversas formas e configurações, e irá portanto ser aqui descrita apenas em termos da sua funcionalidade. A EU é a unidade que interage com os componentes da instalação: recebendo energia eléctrica, comandando motores e válvulas (também vedações), e monitorizando pressões, temperaturas, velocidades de fluidos, bem como recebendo o feedback dos componentes controlados, tais como motores e válvulas (também -25- ΡΕ2417332 vedaçoes), respectivamente em termos de velocidades e posições. A energia eléctrica recebida a partir dos geradores do IR é canalizada para a EU através dos condutores isolados. Através da EU, a produção de cada gerador é distribuída de modo a recair sobre uma carga eléctrica ajustável, de acordo com os reguisitos detalhados no trecho que trata do conjunto de propulsores. Para além das cargas que constituem os utilizadores externos, a EU redirecciona uma parte da energia eléctrica através de cargas eléctricas ajustáveis, protecções de circuitos, comutadores e/ou comandos, conforme as especificações de cada componente comercialmente disponível na actualidade, para os motores e válvulas (ou vedações) da instalação. Os comandos que estabelecem velocidades de rotação e posições das válvulas, quer sejam analógicos ou digitais, podem ser incorporadas ou estar separados relativamente à alimentação de energia eléctrica.

Os sinais de saída que são emitidos pelos vários componentes proporcionam as respectivas leituras acerca de parâmetros que lhes são externos (tais como temperatura, pressão, velocidade do fluido), ou feedback sobre a sua própria funcionalidade (como por exemplo velocidade do motor, posição da válvula). Estes dados, tanto analógicos como digitais, sendo transportados por condutores isolados, ou por qualquer outra forma (como transmissões via rádio), necessitam de ser enviados e convertidos para um formato -26- ΡΕ2417332 legível (legível pelo homem ou por máquina), e esta função é realizada através do componente EU. 0 formato mais simples utilizável será por exemplo um medidor analógico que seja legível por um operador, mas são muitas as variações e irão frequentemente depender da configuração global da instalação, e do mais vasto conjunto dentro do qual a instalação é apenas um componente.

Uma vez que o processo, objecto deste pedido de patente, poderá ser incorporado sob a forma de instalações com vasta variação de dimensões, parâmetros, formatos e configurações, ele irá no que se segue ser descrito dentro de formatos e montagens simplificados e normalizados. Isto é feito para permitir que os principais princípios físicos aplicáveis sejam expressos na sua forma mais simples e directa. Para fazer isso, o IR é descrito de uma forma esquemática normalizada, em conformidade com as Figuras 4, 5. Dado que o fluido se escoa segundo duas trajectórias opostas simétricas, com praticamente o mesmo comportamento, uma das trajectórias foi removida e ignorada, como mostrado na Figura 5 do mesmo desenho (sendo a cavidade central 7 usada exclusivamente para a trajectória de escoamento remanescente que é analisada). Os números de referências para os vários componentes, na forma esquemática, foram mantidos tanto quanto possível idênticos aos dos outros desenhos, para permitir uma comparação e mútua identificação. A área da secção das cavidades é a mesma em toda a trajectória e as dimensões são simétricas. -27- ΡΕ2417332 0 fluido é pressurizado para dentro da cavidade 60 entre o OS e o IR. O fluido passa, através da válvula direccional de não-retorno 32, para dentro das cavidades do IR. Isso faz encher com um fluido homogeneamente pressurizado todas as cavidades do IR - incluindo as cavidades 4, 5, 6, 7 - e, através do pequeno orifício de ventilação 48, também a cavidade 40. Assim que a desejada pressão tiver sido atingida, deixa-se cair a pressão do fluido em torno do IR, com isso provocando que a válvula de não-retorno 32 bloqueie na posição fechada, mantendo-se as cavidades dentro do IR pressurizadas com níveis de pressão à volta do valor de pico. 0 fluido é evacuado a partir da cavidade 60, entre o OS e o IR, bombeando-o para o lado de fora, para obter condições de vácuo quase absoluto. Uma vez que esta fase esteja concluída, o OS é colocado num ambiente que esteja muito significativamente arrefecido (por meios externos) em relação à temperatura ambiente normal de trabalho (nota: em condições práticas, a temperatura alvo será tal que irá fazer com que o fluido atinja uma temperatura que esteja apenas acima da de mudança de fase). Deixa-se decorrer o tempo suficiente, de modo a arrefecer de forma homogénea todas as peças e o fluido dentro do IR, incluindo as partes isoladas. Uma vez que a desejada temperatura fria seja atingida em todo o IR, a vedação 42 é fechada e as vedações 41 e 30 são quase completamente fechadas, permitindo apenas uma pequena passagem do escoamento de fluido para igualizar as pressões. Enquanto ainda frio, o motor 17 é accionado, fazendo rodar o IR com a desejada velocidade angular de -28- ΡΕ2417332 rotação (ω), funcionando como centrifugadora. 0 OS é mantido dentro do mesmo ambiente frio, até que a temperatura também se estabilize sob as condições de rotação.

Neste momento, o OS é colocado num típico ambiente de trabalho normal (que esteja a uma temperatura significativamente mais elevada do que após o arrefecimento). As temperaturas no interior das cavidades do IR começam a subir devido à radiação emitida como consequência da energia térmica ambiental, recebida a partir do OS através da cavidade em vácuo 60 entre o OS e o IR. A temperatura das áreas isoladas sobe muito menos do que as temperaturas das áreas não isoladas, uma vez que o declive do aumento da temperatura ao longo do tempo é muito menos inclinado, necessitando de um período mais longo do que as partes não isoladas para atingir a mesma temperatura. As temperaturas dos sectores isolados e não isolados são monitorizadas, ajustando o tempo de exposição para atingir um valor diferencial máximo.

Estas variações das temperaturas do fluido dentro das diversas cavidades do IR, provocando correspondentes diferenças de densidade entre o fluido nas áreas mais frias e o fluido situado nas áreas mais quentes, juntamente com as condições de centrifugação a que o fluido está submetido por causa da rotação, geram diferenciais de pressões entre o fluido mais quente e mais frio. Estes diferenciais de pressões provocam o escoamento do fluido desde as áreas de -29- ΡΕ2417332 alta para as de baixa pressão, procurando equilibrar as pressões (Nota: a velocidade angular é ajustada de forma a que o pico do diferencial de pressões seja observado entre as duas extremidades da cavidade 7). Assim que este escoamento parar e o fluido nas cavidades estiver em condições práticas de repouso, com nenhum ou apenas insignificante escoamento, as cavidades terão fluido no seu interior, o que pode ser expresso da seguinte forma: a Cavidade 6 que contém o fluido mais frio deverá também ser referida como a "Coluna Fria". 0 fluido na Coluna Fria neste instante temporal tem energia relevante

Energia do fluido na coluna fria = entalpia + energia potencial (devida à centrifugação) 0 pressuposto funcional para o processo normalizado é que a força gravitacional seja inexistente ou insignificante, em relação aos parâmetros funcionais de processo. E de notar que, para um eixo de rotação paralelo ao horizonte terrestre, a força gravitacional sobre o liquido nas colunas quente/fria roda constantemente. Uma vez que a energia potencial centrífuga representa a energia total, em relação a uma superfície de referência escolhida e para uma velocidade do escoamento de fluido nula, ela pode ser expressa da seguinte forma: -30- ΡΕ2417332

Em relaçao ao eixo de rotaçao: 1) Ec = (γ/ (γ-l) ) pc vc - (½) mc ω2 hc2

Em relação ao centro de massa do fluido dentro da Cavidade 4 :

Note-se que: 2)

Ec = (Y/ (γ-l) ) pc vc + (½) mc ω2 3) Y = cp/cv 4) Y = H/U 5) H = U+PV 6) R = Cp- Cv

Onde:

Ec: Energia relevante do fluido na coluna fria γ: Razão dos Calores específicos Cp: Calor específico do gás a pressão constante Cv: Calor específico do gás a volume constante H: Entalpia U: Energia interna do fluido no sistema P: Pressão V: Volume R: Constante dos gases perfeitos pc: Pressão do fluido na coluna fria (no centro de massa do fluido) vc: Volume da coluna fria mc: Massa do fluido na coluna fria -31 - ΡΕ2417332 ω: velocidade angular r: 0 raio ou distância entre o eixo de rotação e o centro de massa do fluido que está dentro da Cavidade 4 hc: 0 raio ou distância entre o eixo de rotação e o centro da massa (mc) do fluido dentro da coluna fria A Cavidade 5 que contém o fluido mais quente será também designada como a "coluna quente". 0 fluido na coluna quente tem uma energia relevante igual a:

Energia do fluido na coluna quente = Entalpia + energia potencial (devida à centrifugação) A energia global relevante para o fluido na coluna quente, para uma velocidade do escoamento de fluido nula, pode ser expressa da seguinte forma:

Em relação ao eixo de rotação: 7) ΕΗ = (γ/ (γ-l) ) pH vH - (V2) mHm2 hH2

Em relação ao centro de massa do fluido dentro da Cavidade 4 : 8) Eh = (γ/ (γ-l) ) pH vh + (½) mH ω2 (r2-hH2)

Onde:

Eh: Energia relevante do fluido na coluna quente γ: Razão dos Calores específicos -32- ΡΕ2417332 pH: Pressão do fluido na coluna quente (no centro de massa do fluido) vH: Volume da coluna quente mH: Massa do fluido na coluna quente ω: velocidade angular r: 0 raio ou distância entre o eixo de rotação e o centro de massa do fluido que está dentro da Cavidade 4 hH: 0 raio ou distância entre o eixo de rotação e o centro da massa (mH) do fluido dentro da coluna quente

Uma vez que, na fase de preparação, a vedação 42 se encontra fechada e a vedação 30 está ligeiramente aberta, o fluido na coluna fria e na coluna quente, assim que forem alcançadas as condições de repouso (ou havendo um escoamento insignificante), estarão praticamente à mesma pressão no seu "fundo" (cavidade 4).

Nas condições de instalação normalizada, assumem-se volumes iguais para ambas as colunas e distribuição de massa semelhante, com insignificante diferença do centro de massa dos fluidos em relação ao raio global (r) e, por conseguinte, numa boa aproximação:

9) vc = vH = V 10) hc II IV II IV 0 fluido comporta-se como um gás ideal, por exemplo monatómico, permanecendo no estado gasoso durante todo o processo (sem mudança de fase e a uma temperatura -33 - ΡΕ2417332 significativamente mais elevada do que a da mudança de fase, sendo portanto ignorado o calor latente relativamente às variações de energia).

Consequentemente:

Uma vez que não existe escoamento: 11) Ph b = Pc b e assim, (12) [ (γ/ (γ-l) ) pH v + (V2) mH ω2 (r2 - h2) ] /v = [ (γ/ (γ-l) ) Pc v + (V2) mc ω2 (r2 - h2) ] /v

Note-se que: 13)

raH = pHV

Onde: PHtU Pressão estática no fundo da coluna quente (na extremidade da Cavidade 4) pcb: Pressão estática no fundo da coluna fria (na outra extremidade da Cavidade 4) : Massa volúmica média do fluido na coluna quente

^ H „ : Massa volúmica média do fluido na coluna fria

Consequentemente, -34- ΡΕ2417332 15) (γ/ (γ-1) ) pc = (γ/ (γ-1) ) Ρη - (½) ω2 (r2 - h2) ( - ) KC ΚΗ

Nota: Uma vez que 0_, sendo a massa volúmica do gás mais * frio superior a , então „ < _ . Isto implica, com base

Kji ;JH Kc na equação 15, que pc< pH- (nota: isto é verdade, desde que ω esteja dentro do intervalo de funcionamento anteriormente estabelecido).

No topo da coluna quente (sobre o eixo de rotação), a pressão estática é a seguinte: 16) pHt = (γ/ (γ-1) ) Ρη - (½) ω2 h2 ΚΗ

No topo da coluna fria, a pressão estática é a seguinte: 17) Pct = (Y/(Y-Ι) ) Pc - (½) p ω2 h2 = (γ/ (γ-1) ) Ρη - (½) ω2 (r2-h2) (^-^) - (½) Ρ{; ω2 h2 0 diferencial inicial de pressões estáticas no topo será portanto: 18) Apt = pHt - pct = (V2) ω2 (r2-h2) ( ΡίΤρ&)+ (¾) “2 h2 ( p;„-p5J Onde: pHt · Pressão estática no topo da coluna quente (na extremidade da cavidade 7)

Pct: Pressão estática no topo da coluna fria (na outra extremidade da cavidade 7) -35- ΡΕ2417332

Apt: Diferencial de pressões estáticas entre ambas as extremidades da cavidade 7. A consequência disto é que, inicialmente, após a fase de preparação estar concluída, no topo das colunas quente e fria em ambas as extremidades da cavidade 7, existirá diferencial de pressões. Este diferencial de pressões, mediante abertura das vedações, irá gerar escoamento de fluido através da cavidade 7, a partir da coluna quente e em direcção à coluna fria.

Após a abertura das vedações, para que possa ocorrer o escoamento dentro das cavidades, a pressão no topo da coluna quente apresenta um valor mais elevado do que a pressão no topo da coluna fria. Isso irá consequentemente obrigar o fluido a escoar-se através da cavidade 7 para a coluna fria. 0 conjunto de propulsores (que tem pelo menos um propulsor) será consequentemente accionado pelo escoamento de fluido, realizando trabalho no lado de fora da cavidade (portanto do lado de fora do sistema fechado do fluido (daqui em diante designado como "o sistema")), através dos veios para o(s) gerador(es) eléctrico(s) (fazendo rodar os respectivos rotores).

Cada um desses geradores (podendo ser alternador ou dínamo) desenvolve uma tensão eléctrica sob a forma de produção eléctrica, em consequência da actuação do rotor. -36- ΡΕ2417332

Em termos simplificados, esta tensão pode ser representada, pela lei de Lenz, da seguinte forma: 19) E = N B u 1

Onde: E: força electromotriz B: densidade do campo magnético u: velocidade do condutor no campo magnético 1: comprimento do condutor no campo magnético N: número de espiras do condutor

Esta força electromotriz - uma vez aplicada a uma carga eléctrica (que se encontra do lado de fora do IR da instalação) ligada através do Conector Deslizante 35 (Por questões de simplificação, assume-se a carga como sendo de apenas uma resistência real em condições de corrente contínua) - gera corrente eléctrica.

Esta corrente eléctrica pode ser representada como se segue:

20) I=E/Z = N B u 1 / Z

Onde: Z: resistência eléctrica da carga I: corrente eléctrica que passa através de cada circuito eléctrico de saída do gerador, e através da sua correspondente carga externa (ver desenho esquemático de Ligações Eléctricas). -37- ΡΕ2417332

Por sua vez, esta corrente provoca uma força contrária que resiste ao movimento do condutor (em relação ao campo magnético) e, por conseguinte, à rotação do rotor no gerador e, como consequência, aplica através dos veios uma força resistente à rotação do correspondente propulsor. Por consequência, esta força resiste ao escoamento de fluido através do conjunto de propulsores na Cavidade 7. A força sobre o condutor que se move no seio do campo magnético, em cada gerador, pode ser representada em termos simplificados da seguinte forma:

21) F= N B I 1 = N2 B2 l2 u / Z

Onde: F: força contrária (entre o condutor e o campo magnético, no qual se encontra) gerada pela corrente através do condutor (e a correspondente carga ajustável), e que tem sentido oposto à força que inicialmente provocou o movimento. A força resistiva (que - através do veio -resiste à rotação dos propulsores e, consequentemente, ao escoamento de fluido) pode ser modulada por ajustamento da resistência eléctrica.

Através desta interacção, o fluido que se escoa através do conjunto de propulsores produz uma parte da sua energia, do lado de fora do sistema, através dos geradores para as cargas (bem como para outras perdas nos geradores e atrito nos veios do lado de fora do sistema) . 0 fluido, estando no estado gasoso, transfere uma parte da energia -38- ΡΕ2417332 cinética das suas moléculas para o lado de fora da cavidade (do sistema), ao realizar este trabalho. Cada uma das moléculas do fluido no estado gasoso que contribui para a rotação de cada propulsor, através da sua colisão com uma das suas pás, é impelida para trás a partir dela com uma velocidade mais lenta do que a velocidade com que ela chegou à pá. Cada uma dessas moléculas, impelida para trás a partir da pá, irá seguidamente colidir com outras moléculas, propagando a redução do valor quadrático médio da velocidade das moléculas do fluido interagindo com os propulsores (ou, por outras palavras, arrefece o fluido).

Este trabalho, realizado pelo fluido do sistema do lado de fora do mesmo (produção para potência eléctrica dos geradores e perdas) provoca o arrefecimento do fluido no estado gasoso à medida que ele avança em direcção à saída da cavidade 7, encaminhando-se para a coluna fria. Os propulsores apresentam perfis que - em combinação com a sua respectiva carga eléctrica, o valor da resistência e a velocidade do fluido em seu redor - são ajustados para optimizar a absorção e transferência de energia, sob a forma de corrente eléctrica e perdas, para o lado de fora da cavidade. Em casos práticos, as resistências eléctricas podem ser ajustadas individualmente, de modo a testemunharem a maximização desta extracção de energia pelo conjunto de propulsores como um todo. A energia total que é produzida ao longo de um período de tempo (t), no lado de fora (incluindo perdas que estão fora do sistema) será -39- ΡΕ2417332 daqui em diante referida como Ee(t) e/ou "Energia Eléctrica".

Nota: Num conjunto de propulsores com mais do que um propulsor, o sentido de rotação em parafuso de cada propulsor deve ser oposto ao do propulsor antecedente, para permitir a recuperação da velocidade angular das moléculas do fluido, a qual é causada pela força resistente dos propulsores que o antecedem. Isto não deve ser confundido com a velocidade angular que pode ser causada pela força de Coriolis dentro da cavidade 7.

Em consequência da energia produzida, o fluido que sai da cavidade 7 está mais frio do que o fluido que nela entra. Em condições estáveis e uniformes, a temperatura e massa do fluido que entra no topo da coluna fria proveniente da cavidade 7, ao longo de um período de tempo (t) , será igual à massa e temperatura do fluido que terá sido evacuado a partir do topo da coluna fria no sentido descendente.

Em tais condições estáveis, o requisito é que a energia térmica útil recebida a partir do ambiente (bem como de todas as outras fontes consideradas do lado de fora do sistema, tais como a perda do calor recuperado, recebido a partir dos geradores na Cavidade 40 e a partir das perdas de centrifugação do motor) seja igual à energia eléctrica produzida ao longo do mesmo período de tempo. -40- ΡΕ2417332

Na versão normalizada, considera-se que o calor útil transita através do fluido na cavidade 4 ao longo de um período de tempo (t) - e que irá ser mencionado como "calor", ou QT(t) - sendo isto devido ao facto de a sua temperatura ser mais baixa do que a do ambiente, como irá ser mostrado. Este calor é recebido a partir do ambiente exterior, por intermédio de radiação (graças ao vácuo entre OS e IR), por condução através das paredes da cavidade 4, e por convecção do fluido. 0 fluido que se escoa a partir do fundo da coluna fria para dentro da cavidade 4 está a uma temperatura significativamente mais baixa do que a temperatura do meio ambiente. À medida que ele se escoa através da cavidade 4, em direcção ao fundo da coluna quente, ele absorve uma parte da energia térmica útil recebida a partir do ambiente (ambiente que está do lado de fora do OS, bem como perdas do lado de fora do sistema). A energia térmica absorvida pelo fluido sofre a influência de diversos factores, tais como a superfície de troca de calor com o fluido (daí as aletas 21, 22, 23) , a condutividade dos materiais das paredes da cavidade, a capacidade de as paredes da cavidade absorverem de forma eficiente um espectro máximo de ondas electromagnéticas, a velocidade do fluido na cavidade 4 (que determina o seu tempo de exposição, sendo de notar que ele se escoa de forma relativamente lenta na versão normalizada, o que também permite que o escoamento seja tão laminar quanto -41 - ΡΕ2417332 possível), o seu diferencial de temperaturas relativamente ao ambiente, o comprimento da cavidade 4 e o nível de turbulência do fluido dentro da Cavidade 4 (um escoamento mais turbulento aumenta a convecção e, por conseguinte, promove uma distribuição mais homogénea de temperaturas no interior do fluido).

Uma vez que o fluido mais frio é mais denso, ele terá tendência para exercer pressão contra as paredes exteriores da cavidade 4 do IR (paredes periféricas viradas para o OS), assim contribuindo para a recepção de energia a partir do ambiente. 0 fluido na saída da cavidade 4, num processo de trabalho estacionário, encontra-se a uma temperatura que é mais elevada do que a sua temperatura no momento da entrada na Cavidade 4, mas que é ainda significativamente mais baixa do que a temperatura do ambiente exterior. Ele apresenta a mesma temperatura e massa que o fluido que foi evacuado a partir do fundo da coluna quente em direcção ao seu topo (o eixo de rotação) ao longo do mesmo período de tempo. 0 ambiente que imediatamente envolve o OS perde temperatura em consequência do calor que é transferido (por uma combinação de condução, radiação e convecção) para dentro do fluido. Esta energia recebida encontra-se a um nível que lhe permite, a partir daí, ser produzida para -42- ΡΕ2417332 várias utilizações através dos propulsores, geradores e circuitos eléctricos de saida.

Num resumo intermediário, o processo de trabalho uniforme e estacionário é o seguinte: o fluido mais quente no topo da coluna quente tem uma maior pressão do que o fluido mais frio no topo da coluna fria, provocando o escoamento de fluido na Cavidade 7, assim accionando os propulsores para produzir Energia Eléctrica Ee(t) sob a forma de saida. Tendo perdido o equivalente da energia Ee(t> , através do trabalho que o fluido realiza ao gerar energia eléctrica e perdas, o fluido arrefece e é adicionada massa (m(t)) de fluido mais frio ao topo da coluna fria. Esta massa de fluido arrefecido que é adicionada aumenta a densidade da coluna fria e, por conseguinte, a pressão na coluna fria. Isto irá consequentemente desestabilizar o equilíbrio de pressões no fundo, e fazer com que a mesma massa (m(t)) se escoe a partir do fundo da coluna fria em direcção à cavidade 4. Na Cavidade 4, o fluido vai sendo gradualmente aquecido pelo ambiente em torno da cavidade 4, à medida que ele se escoa desde o fundo da coluna fria em direcção ao fundo da coluna quente, assim reabastecendo a coluna quente com fluido de temperatura e massa (m(t)) , permitindo que a sua pressão, temperatura e massa não caiam, apesar da sua perda de massa (npt)), a partir do seu topo e em direcção à Cavidade 7. Esse processo é continuo, desde que sejam satisfeitas as condições necessárias adiante estabelecidas, aplicáveis aos diversos parâmetros. -43 - ΡΕ2417332

Outras considerações dizendo respeito ao processo estacionário na sua forma normalizada:

Em condições de trabalho normalmente estáveis, o fluido dentro da coluna quente pode ser representado como sendo de energia relevante, em relação ao eixo de rotação, do modo seguinte: 22) ΕΗ = (γ/ (γ-l) ) pHv- (½) mH ω2 h2+ mHuH2/2

Nas mesmas condições de trabalho estáveis, o fluido dentro da coluna fria pode ser representado como sendo de energia relevante, em relação ao eixo de rotação, do modo seguinte: 23 ) Ec = (γ/ (γ-l) ) pc V - (½) mc ω2 h2+ mc uc2/2

Onde:

Eh: Energia relevante do fluido na coluna quente relativamente ao eixo, consistindo em Entalpia, energia potencial e energia cinética direccional

Ec: Energia relevante do fluido na coluna fria relativamente ao eixo, consistindo em Entalpia, energia potencial e energia cinética direccional γ: Razão dos calores específicos pH: Pressão do fluido na coluna quente (no centro de massa do fluido) pc: Pressão do fluido na coluna fria (no centro de massa do fluido) v: Volume da coluna quente e também da coluna fria -44- ΡΕ2417332 mH: Massa do fluido na coluna quente mc: Massa do fluido na coluna fria ω: velocidade angular r: 0 raio ou distância entre o eixo de rotação e o centro de massa do fluido que está dentro da Cavidade 4 h: 0 raio ou distância entre o eixo de rotação e o centro da massa (mH) e (mc) do fluido, respectivamente dentro das colunas quente e fria UH: A velocidade do fluido na coluna quente Uc: A velocidade do fluido na coluna fria

Uma vez que, em condições estáveis, o fluido na coluna quente se escoa para dentro da cavidade 7, e o fluido na coluna fria é recebido a partir da cavidade 7, e,

Uma vez que, em condições estáveis, a massa m(t) recebida ao longo de um período de tempo (t) na cavidade 7 é a mesma que a massa que passa para diante, para dentro da coluna fria a partir da cavidade 7, ao longo do mesmo período de tempo e,

Uma vez que, em condições estáveis, os níveis de energia global do sistema - incluindo os de EH e Ec -permanecem inalterados ao longo do tempo: 0 que se segue será consequentemente: A Energia Eléctrica Ee (t > que representa o trabalho produzido ao longo de um período de tempo (t) é quantificada como sendo igual à energia do fluido recebido -45 - ΡΕ2417332 a partir da coluna quente ao longo desse tempo, menos a energia do fluido de mesma massa que sai para a coluna fria ao longo do mesmo período de tempo. (Nota: são ignoradas as formas de energia que não são influenciadas pelo processo normalizado, tais como a energia nuclear ou química) 24.

Ee(t) - EH(t) - Ec(t)

Onde:

Ee(t> : a energia eléctrica, bem como todos as outras energias perdidas (do lado de fora do sistema, devido ao atrito, etc.) recebida ao longo de um período de tempo (t) como consequência do trabalho realizado pelo sistema. EH(t> : a energia, em relação ao eixo de rotação, do fluido mais quente que entra no conjunto de propulsores ao longo de um período de tempo (t) proveniente da coluna quente EC(t> : a energia, relativa ao eixo de rotação, do fluido mais frio que sai do conjunto de propulsores ao longo do mesmo período de tempo (t) em direcção à coluna fria

Além disso, e como consequência, a razão entre a energia do fluido que entra no conjunto de propulsores provindo da coluna quente ao longo de um período de tempo (t) , EH(t), e a energia global do fluido na coluna quente, Eh, é igual à razão entre a massa m(t) que passa através dela ao longo desse tempo (t) e a massa global (mH) do fluido na coluna quente. 25. (Εη^)/Εη) — (m(t) / mH) -46- ΡΕ2417332 E, do mesmo modo: a razão entre a energia do fluido que entra na coluna fria, provindo do conjunto de propulsores, ao longo de um período de tempo (t), Ec(t> / e a energia global do fluido na coluna fria, Ec, é igual à razão entre a massa m(t) que entra na coluna fria ao longo desse tempo (t) e a massa global do fluido na coluna fria mc. Portanto, 26 . (Ec(t) /Ec) = (m(t) /mc)

Combinando as equações anteriores, obtém-se: 27 . Eet = (m(t) /mH) [ (γ/ (γ-l) ) Ph v - (V2) mH ω2 h2) + mHuH2/2] - (m(t) /mc) [(γ/ (γ—1) ) Pc v - (½) mcω2 h2) + mcuc2/2]

Uma vez que são iguais entre si a massa que sai da coluna quente e a massa que entra na coluna fria ao longo do mesmo tempo, em condições de trabalho estáveis: 28 . m(t) (in) = m(t) (out)

Tem-se portanto: 29 T ' ^ A í T ; Ρη1ΉϊΑ - ^

Donde: ΡΕ2417332 -47- 31.

Ee(t) = UHt A{ (γ/(γ-1) ) Ph+PhUh2/2}-

H 1

Por outro lado, analisando a energia térmica útil recebida ao longo de um período de tempo (t), QT(t)í em equilíbrio energético: o calor útil recebido ao longo de um período de tempo, QT(t)r que aumenta a entalpia global do sistema, menos o trabalho produzido, Ee(t) / deixa o sistema com níveis de energia inalterados: 33. E4+E7+Ec+EH+QT(t)-Ee(t)= E4+E7+Ec+Eh

Onde: E4: Energia relevante do fluido na cavidade 4, em relação ao eixo, consistindo em entalpia, energia potencial e energia cinética direccional. E7: Energia relevante do fluido na cavidade 7, em relação ao eixo, consistindo em entalpia, energia potencial e energia cinética direccional. E, portanto: 34. Qi(t) - Ee(t) -48- ΡΕ2417332

Para exprimir a relação entre PH e Pc em condições de trabalho estáveis, considera-se o seguinte:

Em condições de trabalho estáveis, EH permanece inalterada ao longo do tempo, e o mesmo se aplica a Ec. Isso significa que o fluido na coluna quente e o fluido na coluna fria estão em equilíbrio, pelo que eles se escoam através das cavidades 7 e 4, circulando através das colunas, recebendo continuamente ao longo de cada período de tempo (t) energia térmica útil QT (t > © realizando trabalho Ee(t), o qual é igual à energia térmica. A razão entre os valores de energia EH e Ec permanece inalterada. Além disso, é importante notar que QT(t) / sendo calor, aumenta a energia cinética molecular desordenada do sistema. Por outro lado, Ee(t) é essencialmente trabalho produzido que está relacionado com a força aplicada sobre o conjunto de propulsores (pelo diferencial de pressões), a partir do topo da coluna quente para o topo da coluna fria, com a velocidade do fluido através dele e com o tempo (t).

Nestas condições dinâmicas, a razão entre EH e Ec é mantida constante pelo facto de a pressão na Cavidade 4, a partir da coluna quente, ser essencialmente igual à pressão na sua outra extremidade, a partir da coluna fria. Isto é verdade, numa boa aproximação, quando o escoamento de fluido através da cavidade 4 for suficientemente lento e laminar, e a cavidade 4 for suficientemente curta. (Caso contrário, o diferencial de pressões entre as duas extremidades da cavidade 4 tem de ser tido em conta). -49- ΡΕ2417332

Tendo em consideração o atrás exposto, a seguinte expressão está implícita: 35 . { (γ/ (γ-l) ) Pc V + (½) mc ω2 (r2-h2) + mc Uc2/2 } (1/V) = { (Y/ (γ-D ) Ph v + (½) mH ω2 (r2-h2) + mH UH2/2} (i/v>

Portanto: 36. ^ '(¥-i).K ÍY/f 5 · Í.Y “ 1 ·/* n v ! \ Z\f > : í ξ Vf 1 _ &'JÍPc “ Ph) +1 Ph '211 /Pc

Combinando isto com a expressão (32) representando Ee(t) : 37, =

ÍYí W Uív- i )/pH \ ! | Y í >'í í t 1 V /pc; j \. /2,/^ Y " ' ^

s. S 4_ I ι-v UhV \ / ll 4- I o Η 1 — ^-4

+ \ Ph / 2 | v1 ,/Pc\ Hh ,j 2j I V > 1 \ / \

Nota: 38. pHvH = m(t) (R/M) TH

Onde: T: é a temperatura absoluta média do fluido na coluna quente. M: é a massa molar do fluido no sistema ΡΕ2417332 -50- E, resultando de 29,37, 38

Ou, introduzindo 6, 3

Esta expressão 39 quantifica, no contexto da versão da instalação normalizada simplificada, o valor da energia eléctrica (que inclui as perdas que ocorrem do lado de fora do sistema) que é produzida pelo sistema sob a forma de trabalho realizado no lado de fora, em estado estacionário. É aplicável a uma velocidade angular ωφ 0.

Note-se que, para baixas velocidades de escoamento, o componente cinético torna-se secundário (ou até negligenciável) na sua contribuição proporcional para a energia eléctrica, em relação aos outros componentes energéticos. Nas expressões anteriores, a massa m(t) pode ser transferida para dentro dos parêntesis, passando a ser:

ri/ ‘

l

H \

Ao mudar o ponto focal de expressão 41, pode ser calculada a razão entre a massa volúmica da coluna quente e -51 - ΡΕ2417332 a massa volúmica da coluna fria, imposta em consequência dos parâmetros do sistema e da energia eléctrica produzida: "‘fl· \ t ™ x il W i ;f 1 / _ U'5 4. / 1 _ p |\ / 'Μ | 1 12^ x n > s ·' 2 i - Í'H ,> = /Pc | 11 u|3 / .4 / 1; 1 íd2 (r2 _ 4. “ / 1| : ^ í‘M | *h > V /2i J “· * * /2|ii

Em consequência dessa expressão 42, está implícito que qualquer energia eléctrica em curso, que seja produzida pelo sistema para o ambiente externo, irá necessariamente impor o seguinte: 43, p:H < pc

44, Tc < TH

Onde:

Tc: Temperatura absoluta média do fluido na coluna fria. A Eficiência do Sistema na Produção de Trabalho Útil Ee(t) .

Para calcular a eficácia do sistema na produção de trabalho útil através do conjunto de propulsores, deve-se começar por definir esta eficiência. Ao longo de qualquer período de tempo (t), o sistema torna disponível o equivalente a: ΡΕ2417332 -52- .ς

Ε, pelo mesmo processo, ele recupera: 46.

Com base na definição desta eficiência, como sendo a razão entre a energia produzida Ee(t) e a energia total tornada disponível de acordo com a expressão 45, a eficiência pode ser expressa como se segue:

Consequentemente

Isto estabelece os critérios para o estado estacionário do sistema e implica que, no processo normal de trabalho, o sistema não irá ser estacionário a menos que haja um equilíbrio entre a sua eficiência de trabalho produzido η e a razão das suas massas volúmicas (tomando em consideração os seus vários parâmetros de trabalho tais como dimensões, pressões do fluido, diferencial de -53 - ΡΕ2417332 temperaturas dos fluidos nas colunas quente/fria, velocidade angular, etc.) Além disso, esta continuidade do processo de trabalho normal requer que a capacidade da taxa de transferência de calor do ambiente para o sistema seja pelo menos igual à energia produzida, estabilizando para Qt (t) = Ee (t) . 0 efeito da Força de Coriolis e as suas Principais Implicações sobre o Estado Estacionário do processo. 0 fluido nas colunas quente e fria escoa-se em sentidos opostos paralelamente ao raio de rotação. Para um escoamento estacionário de fluido, a velocidade angular das moléculas que fluem afastando-se do eixo vai aumentando à medida que o raio aumenta. 0 contrário acontece com as moléculas que fluem em direcção ao eixo. Em estado estacionário, ao longo de cada período de tempo (t), a mesma massa m(t) entra e sai de cada uma das colunas, pelo que: 49. FH = -2mHUHco

Fc =

. > f ^ C

-H — 2rnHUHGj

Onde:

Fh: a força de Coriolis provocada pelo escoamento do fluido na coluna quente, no IR em rotação -54- ΡΕ2417332

Fc: a força de Coriolis provocada pelo escoamento do fluido na coluna fria, no IR em rotação

Uma vez que nas, colunas quente e fria, os sentidos de escoamento são opostos, na coluna quente o fluido escoa-se em direcção ao eixo de rotação e na coluna fria afastando-se deste eixo. 0 efeito qlobal das Forças de Coriolis sobre a velocidade de rotação é nulo. Dito isto, o fluido que se escoa em cada uma das colunas será desigualmente pressionado contra as paredes, em virtude desta força. Isso influencia o padrão de escoamento das moléculas ao longo das colunas, e pode causar adicionais atritos e turbulências. Por ser insignificante, essa influência é ignorada na instalação normalizada (devido às lentas velocidades de escoamento). Além disso, a força de Coriolis pode afectar o padrão do escoamento na cavidade 7, como consequência de o fluido ser desigualmente arrefecido - também isso é ignorado na versão normalizada.

Compressão e descompressão do fluido nas colunas (considerações adicionais) 0 fluido no processo estacionário em cada uma das colunas, no IR em rotação, está submetido a pressões diferentes para as diferentes distâncias em relação ao eixo de rotação. Estas pressões influenciam a massa volúmica do fluido no estado gasoso, para cada nível do raio de rotação. Para cada porção de massa, irá mudar a distribuição interna da energia do fluido - entre cinética, -55- ΡΕ2417332 potencial e entalpia - à medida que ele se escoa. Uma vez que o fluido na coluna fria está continuamente a escoar-se "para baixo" (afastando-se do eixo de rotação), as moléculas de toda a coluna estão submetidas a compressão. E, na coluna quente:

Uma vez que o fluido na coluna quente está continuamente a escoar-se "para cima" (em direcção ao eixo de rotação), as moléculas de toda a coluna estão submetidas a descompressão. A compressão, que aquece o fluido na coluna fria (num processo adiabático, bem isolado), e a descompressão que está a arrefecer o fluido na coluna quente, têm actuação contrária às exigências de projecto do sistema, em que a entrada na cavidade 4 para reaquecimento deve ser realizada à mais baixa temperatura possível, e em que deve haver um diferencial de temperaturas máximo entre o fluido das colunas quente e fria.

Na análise do impacto dessa compressão sobre cada massa m(t); A partir do momento em que ele está a sair da cavidade 7 (e do conjunto de propulsores) e a entrar na coluna fria pelo seu topo,

Até ao momento em que ele sai da coluna fria, através do seu fundo, em direcção à cavidade 4, decorrido o tempo tc, -56- ΡΕ2417332 serão as seguintes as suas energias, em relação ao eixo de rotação, no topo e no fundo:

Si. Ec:uh = m^|{^/ c í V·

- il)R l Tci / 4- / 52 = r«;v. i) kT-/ 7 {-2,

Para situações em que a massa m(t) está bem isolada e não existe adicional entrada/saida de energia com ela, a energia global da massa nos pontos de entrada e de saida, em relação ao eixo de rotação, permanece inalterada. 53. E,

Ct.pi

<4 y». .. Í/?/, . 4 ^C1 / I L·,. P \ /(γ - 1)/K ÍM+ # 2| _ U,2-/ { 2i I . = m^|íV(y ~ 1))rTlVm - (72)ω'Γ'

Além disso, uma vez que a massa é a mesma: 55. pclUCiÂt= pC20C3Ãi 0 diferencial de temperaturas desta massa teórica m(t) (que flui no sentido descendente, do topo para o fundo) ao longo de todo o seu tempo de presença na coluna tc (e desde que esteja a uma temperatura em que ele se encontra -57- ΡΕ2417332 no estado gasoso e longe da temperatura de mudança de fase) será então:

Onde

Ec(t)1: Energia relevante da massa m(t) de fluido no topo da coluna fria, em relação ao eixo de rotação, consistindo em Entalpia, energia potencial e energia cinética direccional. Ec(t)2: Energia relevante da mesma massa m(t) de fluido no fundo da coluna fria, em relação ao eixo de rotação, consistindo em Entalpia, energia potencial e energia cinética direccional.

Tcl: A temperatura absoluta da massa m(t), no seu ponto de entrada no topo da coluna fria

Tc2: A temperatura absoluta da massa m(t), no seu ponto de saída no fundo da coluna fria ATmC(t) : 0 diferencial de temperaturas da massa m(t) ao longo de todo o seu tempo de presença na coluna fria tc tc: período de tempo ao longo do qual a massa m(t) está presente na coluna fria, desde o momento de entrada até ao momento de saída. : massa volúmica de m(t) no ponto de entrada. : massa volúmica de m(t) no ponto de saída.

Uci: velocidade da massa m(t) no ponto de entrada.

Uc2: velocidade da massa m(t) no ponto de saída. -58- ΡΕ2417332 0 mesmo princípio aplica-se em sentido inverso, queda de temperatura, ao fluido na coluna quente que (num processo adiabático) entra pelo fundo e sai pelo topo decorrido o tempo tH.

Para a coluna quente:

No ponto de entrada:

Ex = ΠΙ.Μ 1/Y j\ j (y - 1)1 m1»1

No ponto de saída: 58, EHÍP2 = ™ . j/Y /„ ) E / 4- ^K2 / | W |\ .i (y — ij'/ · i*i

Tal como na coluna quente, em condições adiabáticas 59. Eh. ,}1 = EH!;

Consequentemente: í/v bO, kssv-IÍ * 1 1 í2f = m .·-·. W í. Ir/.T -'Μ

ti/ V·.2-2 |, } TJ: í OJ JL 4_ * / ( ' 2 i

Além disso 59 ΡΕ2417332 61, Phiuhi*

Onde EH(t)i: Energia relevante da massa m(t) de fluido no fundo da coluna quente, em relação ao eixo de rotação (ponto de entrada), consistindo em Entalpia, energia potencial e energia cinética direccional.

Eh(t>2: Energia relevante da massa m(t) de fluido no topo da coluna quente, em relação ao eixo de rotação (ponto de saida), consistindo em Entalpia, energia potencial e energia cinética direccional. TH1: A temperatura absoluta da massa m(t), no seu ponto de entrada no fundo da coluna quente TH2: A temperatura absoluta da massa m(t), no seu ponto de saida no topo da coluna quente ATmHft) : 0 diferencial de temperaturas da massa m(t) ao longo de todo o seu tempo de presença na coluna quente tH tH: período de tempo ao longo do qual a massa m(t) está presente na coluna quente, desde o momento de entrada até ao momento de saída. : massa volúmica de m(t) no ponto de entrada. β : massa volúmica de m(t) no ponto de saída. β UHi: velocidade da massa m(t) no ponto de entrada. UH2 · velocidade da massa m(t) no ponto de saída. -60- ΡΕ2417332

Os efeitos da compressão/descompressão podem ser minimizados pela baixa velocidade do escoamento de fluido, e também da seguinte maneira: 0 efeito de arrefecimento da descompressão pode ser minimizado expondo o fluido, na coluna quente, a aquecimento adicional proveniente do ambiente, igualmente ao longo da coluna incluindo os sectores que estão mais próximos do eixo de rotação (reaquecendo o fluido que está progressivamente a descomprimir). 0 reaquecimento faz com que esta parte do processo se comporte mais como uma descompressão isotérmica do que como adiabática. O efeito de aquecimento da compressão pode ser minimizado ajustando a temperatura do fluido no ponto de entrada, no topo da coluna fria (após ter saído do conjunto de propulsores) de modo que ela fique muito próxima da temperatura de mudança de fase (condensação) , após o calor latente ter sido parcialmente absorvido pelo conjunto de propulsores e saído do sistema. Isto permite que seja atenuado o reaquecimento do escoamento "descendente", uma vez que o fluido recupera calor latente. Num tal contexto, o calor latente que participa no processo é adicionado aos outros componentes relevantes da energia do fluido, e pode ser representado como se segue:

63 . Ql = m(t) L

Onde: -61 - ΡΕ2417332

Ql: quantidade de energia libertada ou absorvida durante a mudança de fase do fluido. L: calor latente especifico do fluido.

Além disso, as porçoes de massa contínuas não estão isoladas umas das outras, em termos práticos, ao longo de uma coluna, e irá portanto existir fluxo de calor dentro da coluna, principalmente por radiação e convecção, influenciando assim a distribuição interna da temperatura. Quanto mais lento for o escoamento - maior sendo o tempo médio de exposição à troca de energia para cada porção de massa na coluna (desde á entrada até à saída) - menor declive terão os diferenciais de temperaturas dentro de cada coluna. Além disso, pode ser utilizada uma mistura de fluidos com diferentes temperaturas de mudança de fase nas cavidades, de modo a manter o comportamento gasoso (na parte de energia produzida através do conjunto de propulsores) de um ou mais dos fluidos na mistura, ao mesmo tempo que se beneficia deste princípio da mudança de fase (condensação) em um ou mais dos outros fluidos. A instalação e processo atrás descritos utilizam uma única fonte de energia térmica para converter uma parte dela em energia útil.

Este processo assume que o fluido que entra na cavidade 6 (também designada "a coluna fria") pode ser mantido a uma baixa temperatura original de uma maneira -62- ΡΕ2417332 sustentada, depois de cada ciclo do fluido através do sistema.

Ele assume que o fluido na cavidade 5 (a coluna quente) será mantido mais quente do que o fluido na coluna fria, como resultado do fornecimento de energia térmica a partir do ambiente envolvente quente, juntamente com o efeito de arrefecimento do fluido provocado somente pela produção de energia através do conjunto de propulsores (na cavidade 7), sem a necessidade de um receptor de calor para evacuar o excesso de energia térmica a partir da coluna fria, para a trazer de regresso à sua baixa temperatura original antes de cada ciclo. 0 inventor propõe um melhoramento e ajustamento da instalação e do processo anteriormente descrito, de modo a incluir um receptor de calor que garanta que as temperaturas - da porção de fluido na coluna quente e da porção de fluido na coluna fria - mantêm seu diferencial de forma sustentável, ao longo do tempo.

Em todos e quaisquer acontecimentos - através dos quais a produção de energia a partir do fluido, através da sua interacção com o conjunto de propulsores, não arrefeça o fluido de forma suficiente para o trazer de regresso à sua dada baixa temperatura original - o receptor de calor deverá evacuar o calor em excesso do fluido na coluna fria, para manter as condições originais de diferenciais de -63- ΡΕ2417332 temperaturas que inicialmente provocaram o escoamento e a produção de energia. A descrição dos ajustamentos da instalação anteriormente apresentada são os seguintes (Figura 10). O cilindro exterior 1, que constitui a pele externa do rotor interno IR, sendo uma cavidade cilíndrica hermeticamente fechada que é feita de material termicamente condutor, está equipado com uma camada sectorial de formato anelar feita num material termicamente isolante 70.

Esta camada de isolamento de formato anelar 70 está hermeticamente fixada no material termicamente condutor do cilindro exterior 1, numa ligação resistente capaz de suportar as condições de vácuo presentes, na cavidade 60, entre o cilindro exterior 1 e o lado de dentro do invólucro externo 61, face à pressão do fluido pressurizado dentro do IR.

Esta camada de formato anelar 70 fica posicionada junto da base fechada do lado da cavidade 6 (coluna fria) como fazendo parte do cilindro exterior 1. A esta camada termicamente isolante 70, estão fixadas duas superfícies planas de formato anelar 71, 72, em torno do seu lado de fora. Estes acessórios de formato anelar são feitos de material também termicamente isolante que apresente uma cor reflectora em relação à radiação -64- ΡΕ2417332 térmica electromagnética, de modo a reduzir ao máximo a possibilidade de o calor ser radiado através destes acessórios 71, 72 no espaço entre o lado de dentro do invólucro externo 61 e o cilindro exterior 1 (que é mantido em condições de vácuo). Isto pretende atenuar, tanto quanto possível, a transferência de calor entre o espaço exposto a uma área ambiental mais quente (no que segue também designada por "ambiente mais quente"), e o espaço exposto à área ambiental mais fria (no que segue também designada por "ambiente mais frio") , de ambos os lados de 71, 72, assim reduzindo o indesejado reaquecimento da porção de fluido presente na cavidade 6 (a coluna fria). 0 invólucro externo 61 é ajustado de uma maneira semelhante ao cilindro exterior 1, proporcionando um sector anelar do seu material termicamente condutor, a toda a sua volta, com uma camada de material termicamente isolante 73, que é do mesmo formato que o sector e está fixado ao invólucro externo 61, numa ligação fortemente hermética capaz de resistir à pressão do ambiente exterior face às condições de vácuo presentes do lado de dentro do invólucro externo 61, na cavidade 60. A camada de isolamento térmico 73 fica virada e é paralela à correspondente camada de material isolante 70 sobre o cilindro exterior 1.

Neste sector 73, no lado de dentro do invólucro externo 61, estão fixadas duas superfícies planas -65 - ΡΕ2417332 termicamente isolantes de formato anelar 74, 75 (ao longo de todo o sector 73) , que são feitas de material termicamente isolante, e também apresentam uma cor reflectora em relação à radiação térmica (como acontece com os sectores 73 e 70). Estes acessórios desempenham o mesmo papel que os acessórios 71, 72 e actuam em conjunto com eles para reduzir ainda mais a transferência de calor. Não existem aletas permutadoras de calor sobre os sectores de isolamento 70, 73, nem sobre qualquer um dos seus acessórios termicamente isolantes.

Ao longo da camada de isolamento térmico 73, pelo seu lado de fora, está ligado um sector termicamente isolante 76. Este sector tem a finalidade de promover a separação entre os ambientes mais quente e mais frio aos quais a instalação fica exposta, do lado de fora do invólucro externo 61. A instalação fica exposta a estes dois ambientes da maneira seguinte: em todo o espaço envolvendo o invólucro externo 61 - a partir do sector 76 em diante, do lado de fora e na região onde estão situadas as cavidades 4 e 5 - ela fica exposta ao ambiente mais quente. Em todo o espaço envolvendo o invólucro externo 61 - a partir do sector 76 em diante, quando se caminha em direcção ao outro lado, o lado de fora da cavidade 6 - ela fica exposta a um ambiente mais frio (o qual é mais frio do que o ambiente mais quente). -66- ΡΕ2417332 A camada de isolamento térmico 25 (Figura 1), situada entre a cavidade 6 e a base do cilindro exterior 1, é removida para permitir o arrefecimento da porção de líquido na cavidade 6 (coluna fria) através da sua exposição térmica ao ambiente mais frio, do lado de fora do invólucro externo 1, através do vácuo na correspondente parte da cavidade 60.

Para melhorar tal arrefecimento, é fixado um certo número de aletas permutadoras de calor termicamente condutoras 77, de uma maneira termicamente condutora, no lado de dentro da base do cilindro exterior 1, dentro da cavidade 6. A direcção destas aletas permutadoras de calor 77 é definida de modo a seguir o padrão de escoamento do fluido dentro da cavidade 6, para perturbações e turbulências mínimas.

Sobre as superfícies externas das bases do cilindro exterior 1, e sobre as superfícies internas das correspondentes paredes (ou bases, se o invólucro externo 61 assumir o formato cilíndrico) do invólucro externo 61, é fixado um certo número de aletas circulares permutadoras de calor termicamente condutoras, de uma maneira termicamente condutora, em raios variáveis em torno do eixo de rotação: respectivamente as aletas 78, 79 e as aletas 80, 81. As aletas 78, 79 possibilitam o aumento da área de radiação do calor no interior da cavidade em vácuo 60, assim melhorando a taxa de arrefecimento do fluido dentro da cavidade 6, promovido pelo ambiente mais frio do lado de fora. As -67- ΡΕ2417332 aletas 80, 81 possibilitam o aumento da área de radiação do calor dentro da cavidade em vácuo 60, assim melhorando a taxa de aquecimento do fluido dentro da cavidade 5, promovido pelo ambiente mais quente do lado de fora. 0 formato circular das aletas e os raios variáveis permitem que as correspondentes aletas 78, 79 e 80, 81 fiquem continuamente viradas umas para as outras sem interrupção, quando o rotor interno estiver a rodar dentro do invólucro externo 61. 0 processo implementador da instalaçao melhorada é seguidamente descrito :

Depois de o motor 17 ser accionado - fazendo rodar o rotor interno IR a uma desejada velocidade angular de rotação ω enquanto o invólucro externo OS é mantido no seio do mesmo ambiente frio até que a temperatura se estabilize sob as condições de rotação - o invólucro externo 61 da instalação é exposto a um ambiente de trabalho com áreas a duas temperaturas diferentes, separadas pela sector termicamente isolante 76. A porção do fluido dentro das cavidades 4 e 5, no estado gasoso, é exposta a uma área ambiental mais quente (relativamente à área ambiental mais fria) que as envolve, presente do lado de fora do invólucro externo 61. A porção de fluido dentro da cavidade 6, no estado gasoso (também pode estar no estado liquido), é exposta a uma área ambiental mais fria (relativamente à área ambiental mais quente) que fica virada para ela, do lado de fora do invólucro externo 61. Uma vez que o fluido nas cavidades e -68- ΡΕ2417332 o lado de fora das áreas ambientais estão separados por material termicamente condutor e vácuo, a troca de calor entre as porções de fluido nas cavidades e as suas respectivas áreas ambientais ocorre por convecção (no fluido), por condução (no material termicamente condutor da pele e das aletas), por radiação (através da cavidade 60, em vácuo), e por combinações destas formas de transferência de calor. Os sectores termicamente isolados 70, 73, e respectivos acessórios de isolamento 71, 72 e 74, 75, 76 atenuam para um valor minimo a interferência da temperatura e as influências do aquecimento entre as duas áreas ambientais, as suas respectivas cavidades dentro do rotor interno, e as porções do fluido que nelas se encontram.

Como consequência da existência de duas áreas ambientais, o fluido que está pressurizado dentro das cavidades do rotor interno é de temperatura variável: o fluido dentro das cavidades 4, 5 é mais quente do que a porção de fluido dentro da cavidade 6. Por esta razão, antes de ser accionado o motor de centrifugação 17, a densidade do fluido no estado gasoso é mais elevada nas cavidades onde ele se encontra a uma temperatura inferior. A porção de fluido na cavidade 6 - a coluna fria - é mais densa, e por conseguinte com maior massa por unidade de volume, do que a porção de fluido mais quente na cavidade 5, a coluna quente (nota: sendo as colunas de mesmo volume na versão normalizada). Após o accionamento do motor de centrifugação 17 a uma dada velocidade de rotação, as porções de fluido nas colunas quente e fria são submetidas -69- ΡΕ2417332 a forças centrípetas, como consequência de sua massa e velocidade de rotação, e exercem pressão uma contra a outra, por intermédio do respectivo fundo, através da cavidade 4. A porção de fluido mais fria, com mais elevada massa, na coluna fria procura avançar contra a porção de fluido mais quente, com massa menos elevada, na coluna quente, para equilibrar as pressões em ambas as extremidades da cavidade 4. Em consequência desse avanço, a pressão na extremidade da cavidade 7 que fica fixada no topo da coluna fria irá cair, em relação à pressão no outro extremo desta cavidade 7, na sua outra extremidade que fica fixada no topo da coluna quente. Este diferencial de pressões provoca o avanço do fluido através da cavidade 7, passando pelos propulsores 13 do conjunto de propulsores e accionando-os, daí resultando a produção de energia eléctrica, ou de outra forma útil de energia, do lado de fora do sistema. Esta energia produzida é uma parte da energia cinética intermolecular do fluido (de facto, proporcional a uma correspondente temperatura do fluido), e dela resulta o arrefecimento do fluido à medida que ele avança através da cavidade 7, em direcção ao topo da coluna fria. Este fluido recém-chegado ao seio da coluna fria está mais frio, em comparação com a sua temperatura no seu ponto de entrada para a cavidade 7, no topo da coluna quente. A área ambiental mais fria, do lado de fora da coluna fria, permite que a temperatura do fluido na coluna fria possa ser ainda mais reduzida, perdendo calor para esta área -70- ΡΕ2417332 ambiental mais fria. Em condições de equilíbrio, o diferencial de temperaturas entre as porções de fluido nas colunas quente e fria - consequência da diferença de temperaturas entre as áreas ambientais mais fria e mais quente, em combinação com as condições de centrifugação provocadas pela rotação do rotor interno - possibilitam um sustentado escoamento de fluido através das cavidades 7, 6, 4, 5 e a produção sustentada de energia útil. Este processo tem como consequência um efeito de arrefecimento sobre a área ambiental mais quente, e um efeito de aquecimento sobre a área ambiental mais fria. Para optimizar a recuperação de energia relativamente a quaisquer parâmetros das duas áreas ambientais, torna-se necessário ajustar o nível de pressão do fluido dentro das cavidades do rotor interno, a velocidade de rotação do motor de centrifugação 17 e os níveis de resistência dos circuitos eléctricos de saída (e, como consequência, a resistência aos níveis de escoamento de cada correspondente rotor 13) . A energia recuperada através deste processo é uma parte do diferencial de energias térmicas entre as duas áreas ambientais a que o invólucro externo 61 se encontra exposto. A energia térmica gerada pelas perdas do motor de centrifugação 17, e pelo atrito dos geradores de saída 15 e respectivos mecanismos, é canalizada de regresso ao fluido mais quente, e recuperada numa extensão significativa, através das cavidades 4 e 5. A turbulência e atrito provocados pelo gás residual na cavidade 60 (a qual é -71 - ΡΕ2417332 concebida para se encontrar, tanto quanto possível, em condições de vácuo) contribuem para a acção de aquecimento da área ambiental mais quente e perturbam a acção de arrefecimento da área ambiental mais fria, precisando de ser minimizados através da optimização do vácuo e fazendo com que sejam tão aerodinâmicos quanto possível os formatos do lado de fora do cilindro exterior 1, do lado de dentro do invólucro externo 61, e dos respectivos acessórios. A energia necessária para criar a rotação pelo motor de centrifugação 17 (após ter sido deduzida a perda de calor recuperada através do fluido mais quente) corresponderá à mínima produção útil exigida, de modo a ter uma produção útil global que seja maior que zero.

Fontes para as áreas ambientais quente e fria, e meios de recolha: São muitas as fontes das áreas ambientais externas quente e fria que estão em estreita proximidade física. A título de exemplo, ir-se-á seguidamente descrever algumas opções para áreas ambientais e meios de recolha: utilização de duas condutas ("pipelines")/aletas termicamente condutoras separadas, para capacidades máximas de troca de calor, uma para a área ambiental mais fria e uma outra para a área ambiental mais quente, em que cada uma contém ou não um fluido (no estado líquido ou gasoso) que é circulado por intermédio de uma bomba em linha. Um conjunto que evacua o calor para a área ambiental mais fria a partir da porção de fluido requerendo arrefecimento, e o outro que recolhe o -72- ΡΕ2417332 calor a partir da área ambiental mais quente encaminhando-o para a porção de fluido requerendo aquecimento.

Poder-se-ão utilizar as circunstâncias de existirem superfícies de troca de calor já em movimento, como navios deslocando-se no mar, aeronaves no ar, etc.; as situações ventosas também aumentam as capacidades de permuta de tais superfícies.

Como fontes combinadas quente/fria podem ser utilizados diferenciais de temperaturas entre, por exemplo, as seguintes combinações: o mar aos níveis do fundo e da superfície, o mar e o ar, temperatura debaixo da terra e ar atmosférico, ar a níveis superior e inferior, lado ensolarado e lado sombreado, ar seco e efeito de arrefecimento de água (ou outro líquido) pulverizada (útil principalmente em ambientes que apresentem uma baixa humidade). Outras fontes combinadas podem utilizar diferenciais de temperaturas entre o calor proveniente de perdas (tal como qualquer aparelho eléctrico/electrónico, geradores de centrais eléctricas, motores de veículos, etc.) associado ao ar/água ambiente nas proximidades, o qual desempenha o papel da área ambiental mais fria. Será também possível obter fontes activas de área ambiental mais quente queimando combustível para gerar a fonte de calor requerida, fazendo assim com que esta instalação funcione como um gerador termicamente eficiente. Além disso, uma parte da energia útil produzida pelo sistema pode ser realimentada, se assim for escolhido, para contribuir para -73 - ΡΕ2417332 o arrefecimento da área ambiental fria e/ou para o aquecimento da área ambiental quente. A Figura 11 ilustra um exemplo esquemático para uma ligação prática às áreas ambientais mais fria/mais quente: o lado de fora termicamente condutor do invólucro externo 61' é dividido pela camada de isolamento térmico 76. Sobre as duas partes termicamente condutoras são fixadas aletas permutadoras de calor termicamente condutoras 88, 89. Estas duas partes do invólucro externo 61' est ao equipadas com coberturas herméticas termicamente isolantes 82, 83, as quais são hermeticamente fixadas relativamente ao sector termicamente isolante 76. Em cada uma destas coberturas 82, 83 é hermeticamente fixada uma conduta termicamente condutora, respectivamente 86, 87. Cada uma destas condutas 86, 87 contém um fluido térmico, e está equipada com uma bomba, respectivamente 84, 85. As bombas fazem circular o fluido entre o lado de fora do invólucro externo 61' e as fontes de temperaturas quente/fria que constituem as duas áreas ambientais requeridas para o processo.

Entre as adicionais consequências/ resultados do processo e instalação, em função da configuração escolhida, encontram-se o arrefecimento, a condensação, e a geração de movimento. 0 processo e instalação podem participar directa e/ou indirectamente numa variedade de processos e instalações, e isso para uma ampla gama de utilizações. -74- ΡΕ2417332

Algumas delas já existem no momento desta apresentaçao, e outras irão ser viabilizadas como uma consequência.

Lisboa, 12 de Julho de 2013

Claims (8)

1. ΡΕ2417332 - 1 - REIVINDICAÇÕES 1. Instalaçao concebida para converter energia térmica disponível num dado ambiente de trabalho em energia útil, caracterizada por compreender: um invólucro externo (OS), de preferência com formato cilíndrico, dispondo de uma válvula de duas vias (63) e alojando um rotor cilíndrico interno fechado (IR), que está separado do invólucro externo (OS) por vácuo e está apoiado nesse invólucro externo em duas superfícies de suporte (19, 38), sendo o rotor interno (IR) constituído por três peças cilíndricas ocas feitas num material termicamente condutor, umas dentro das outras, e fixadas entre si em redor do seu eixo de rotação comum (18); a primeira peça consiste num cilindro fechado oco exterior (1) alojando a segunda peça, que consiste num cilindro intermédio (2) mais pequeno, e a terceira peça, que consiste num cilindro interior (3) constituído no lado de dentro do cilindro intermédio (2) em torno do eixo de rotação comum; caracterizada por o cilindro interior (3) ser aberto nas suas extremidades axiais e estar equipado com duas vedações controladas (41, 42) que permitem fechar ou abrir a cavidade (7) formada dentro do cilindro interior (3); caracterizada por o cilindro intermédio (2) ser fechado em torno do cilindro interior (3), formando uma cavidade (40); caracterizada por a parede do cilindro interior (3), uma das paredes de extremidade do cilindro intermédio (2) e a parede oposta do cilindro exterior (1) disporem de uma camada de isolamento -2- ΡΕ2417332 térmico (26, 25); caracterizada por a periferia da extremidade do cilindro intermédio (2) dispondo da camada de isolamento térmico (26) estar equipada com um conjunto comandado de válvulas, ou uma vedação em saia comandada (30), que permite separar hermeticamente em duas cavidades parciais (4, 5, 6), constituídas entre as paredes do cilindro intermédio (2) e do cilindro exterior (1), e permite abrir ou fechar a passagem entre as referidas cavidades parciais; caracterizada por o cilindro exterior (1) estar equipado com uma válvula de via única (32) e uma válvula de duas vias (33); caracterizada por ser disponibilizado um conjunto de propulsores (13) dentro do cilindro interior (3) equipado com meios que permitem converter a energia de rotação dos propulsores em energia útil; caracterizada por estar localizado um motor dentro do invólucro externo (OS), concebido para colocar em rotação o rotor interno (IR); caracterizada por serem proporcionados meios para controlar o motor (17), os propulsores e as vedações, a fim de transmitir para 0 lado de fora da instalação a energia de rotaçao do propulsores já convertida, e de monitorar a temperatura e a pressão no lado de dentro do rotor interno (IR) ; e caracterizada por ser colocado um fluido pressurizado dentro do rotor interno (IR) .
2. 2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a superfície lateral externa do rotor exterior (1) estar equipada com aletas circulares permutadoras de calor (23); caracterizada por a superfície -3- ΡΕ2417332 interna do cilindro exterior (1) estar equipada com aletas permutadoras de calor (21) que são perpendiculares à respectiva superfície e paralelas ao seu eixo, convergindo em direcção ao eixo de rotação.
3. 3. Instalação de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por os propulsores estarem equipados com meios de conversão da sua energia de rotação em energia eléctrica.
4. 4. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por - o cilindro exterior (1) dispor de uma camada sectorial de formato anelar, feita num material termicamente isolante (70), posicionada junto da base fechada sobre o lado da cavidade (6), fazendo parte do cilindro exterior (1), - duas superfícies planas de formato anelar (71, 72), feitas em material termicamente isolante, estarem fixadas à volta do lado de fora da camada sectorial de formato anelar (70), - o invólucro externo (61) dispor de uma camada anelar (73), feita em material termicamente isolante, que está virada e é paralela à correspondente camada de material isolante (70) no cilindro exterior (1), - sobre o lado de dentro da área do invólucro externo (61) dispondo da mencionada camada anelar (73) feita em material termicamente isolante, estarem fixadas -4- ΡΕ2417332 duas superfícies planas (74, 75) de formato anelar termicamente isolantes, um sector termicamente isolante (76) estar fixado sobre o lado de fora da mencionada camada anelar (73) feita em material termicamente isolante, - as paredes da base de extremidade do cilindro exterior (1) não disporem de uma camada termicamente isolante, diversas aletas permutadoras de calor (77) termicamente condutoras estarem fixadas, de uma maneira termicamente condutora, ao lado de dentro da base do cilindro exterior (1), - diversas aletas permutadoras de calor (78, 79, 80, 81) termicamente condutoras estarem fixadas, de uma maneira termicamente condutora e segundo raios variáveis, em torno de ambas as extremidades do eixo de rotação situado dentro do invólucro externo (OS).
5. 5. Processo para implementação da instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, para conversão de energia térmica disponível num dado ambiente de trabalho em energia útil, caracterizado pelas seguintes etapas: um fluido é pressurizado para dentro da cavidade (60) formada entre o invólucro externo (OS) e rotor interno (IR), passando o fluido através da válvula de não-retorno (32) do cilindro exterior (1) para dentro das cavidades do rotor interno (IR); -5- ΡΕ2417332 - após se ter obtido o enchimento com o fluido homogeneamente pressurizado de todas as cavidades do rotor interno (IR), a pressão do fluido em redor do rotor interno (IR) é deixada cair, o que leva a válvula de não-retorno (32) do cilindro exterior (1) a ficar bloqueada; - o fluido é evacuado a partir da cavidade (60), entre o invólucro externo (OS) e rotor interno (IR), por bombeamento para o lado de fora, para atingir condições de vácuo quase absoluto; - o invólucro externo (OS) é então colocado num ambiente arrefecido; - assim que seja atingida a desejada temperatura fria em todo o rotor interno (IR), a vedação (42) situada na extremidade do cilindro interior (3) - junto das paredes dispondo da camada de isolamento - é hermeticamente fechada, ao mesmo tempo que são fechadas a vedação (41) situada na outra extremidade do cilindro interior (3) e o conjunto de válvulas ou a vedação em saia (30), de modo a permitir igualizar as pressões do escoamento de fluido; - o motor (17) é accionado, fazendo rodar o rotor interno (IR) a uma desejada velocidade angular de rotação (ω) , enquanto o invólucro externo (OS) é mantido no mesmo ambiente frio, até que a temperatura estabilize sob as condições de rotação; posteriormente, o invólucro externo (OS) é colocado num ambiente de trabalho que se encontra a uma temperatura mais elevada do que após o arrefecimento, fazendo com que as temperaturas dentro das cavidades dos rotores interiores se elevem devido à radiação emitida pela -6- ΡΕ2417332 energia térmica ambiental, recebida a partir do invólucro externo (OS) através da cavidade em vácuo (60), e a temperatura das áreas isoladas eleva-se muito menos do que as temperaturas das áreas não isoladas; - as temperaturas dos sectores isolados e não isolados são monitorizadas, sendo ajustado o tempo de exposição de modo a atingir um diferencial máximo e a provocar correspondentes diferenças de densidade entre o fluido situado nas áreas mais frias e o fluido situado nas áreas mais quentes, o que, juntamente com as condições de centrifugação a que o fluido está submetido devido à rotação, gera diferenciais de pressão entre o fluido mais quente e mais frio, tais diferenciais de pressão provocando o escoamento do fluido das áreas de alta pressão para as áreas de baixa pressão, procurando o equilíbrio de pressões; - assim que este escoamento parar e o fluido nas cavidades estiver praticamente em condições de repouso, as vedações (41, 42) nas extremidades do cilindro interior (3) e o conjunto de válvulas ou a vedação em saia (30) serão abertas, conduzindo o escoamento de fluido desde as áreas mais quentes até às áreas mais frias dentro do cilindro interior (3), devido aos diferenciais de pressão; o escoamento de fluido acciona os propulsores cuja energia de rotação é convertida numa energia útil e provoca o arrefecimento do fluido que se continua a escoar em direcção à parte do rotor interno (IR) dispondo de uma camada de isolamento e que contém o fluido mais frio; -7- ΡΕ2417332 - depois disso, o fluido mais frio continua a escoar-se através do conjunto de válvulas ou da vedação em saia (30) em direcção às áreas não isoladas do rotor interno (IR), onde a sua temperatura aumenta devido à energia térmica ambiental.
6. 6. Processo de acordo com a reivindicação 5 para implementação da instalação de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por: depois de o motor (17) ser accionado, fazendo rodar o rotor interno (IR) a uma desejada velocidade angular de rotação (ω), enquanto o invólucro externo (OS) é opcionalmente mantido no seio do mesmo ambiente frio até a temperatura estabilizar sob as condições de rotação, o invólucro externo (OS) é colocado num ambiente de trabalho com duas áreas a diferentes temperaturas, produzindo energia útil.
7. 7. Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado por o referido fluido dentro das áreas do rotor interno ser trazido até à temperatura na qual o fluido está próximo da mudança de fase (condensação), devido à produção de energia da instalação, assim atenuando os efeitos negativos de aquecimento e arrefecimento relacionados com a compressão e descompressão que ocorrem em áreas mais quentes e mais frias (5, 6) do rotor interno (IR), assim melhorando os parâmetros de desempenho da instalação. -8- ΡΕ2417332
8. 8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser usada uma mistura de fluidos, em vez de um fluido de tipo único, de modo a atingir uma temperatura da mistura de fluidos possibilitando que um ou mais dos fluidos mantenham o comportamento de estado gasoso após a produção de energia na área (7) localizada dentro do cilindro interior (3), enquanto se permite que um ou mais dos outros fluidos condensem, melhorando assim a capacidade da mistura de fluidos para tirar vantagem da absorção e libertação de calor latente na mudança de fase, para contrariar ainda mais os efeitos de aquecimento/ arrefecimento relacionados com a compressão e descompressão ocorrendo na instalação, nas áreas mais quente e mais fria (5, 6) . Lisboa, 12 de Julho de 2013