PT3060793T - Conversor de potência ondomotriz explorando o movimento orbital de um carro pesado - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "CONVERSOR DE POTÊNCIA ONDOMOTRIZ EXPLORANDO O MOVIMENTO ORBITAL DE UM CARRO PESADO"

Até à data, têm sido concebidos e desenvolvidos sistemas ondomotrizes sem dar origem a aplicações em linha com o desempenho esperado. A comparação das diferentes famílias de invenções existentes permite identificar as características mais vantajosas em termos de possibilidades de desenvolvimento funcional e económico, e analisar as suas respetivas limitações, para inventar um novo dispositivo que preencha as condições operacionais de realização e de exploração necessárias para uma conversão elétrica eficiente da potência das ondas.

Pode, assim, constatar-se que o princípio de um dispositivo completamente contido no interior de uma mesma entidade flutuante evita os problemas de fundação no mar, sendo a ausência de componentes externos, além disso, uma garantia de resistência e adaptação do sistema ao ambiente marinho.

Além disso, determinadas formas de conversão eletromecânica direta, sem componente de transmissão hidráulica, permitem a exploração do movimento de um sólido, de acordo com uma realização e um funcionamento simples.

De entre as patentes explorando, em parte ou na totalidade, esse modo de conversão, podem citar-se: 0 documento US3231749 (publicado em 25/01/1966): uma entidade flutuante que oscila com as ondas e transmite o seu movimento a um excêntrico com uma oscilação pendular num plano horizontal,

Os documentos US1584293 (1925) e US4266143 (publicado em 05/05/1981) : um ou mais excêntrico efetuam uma rotação completa, sem retrocesso, num plano horizontal, sob o efeito da oscilação das ondas.

As limitações enfrentadas por esse tipo de sistemas no que se refere ao seu funcionamento dizem respeito, principalmente: à dificuldade em tirar o melhor partido da forma das ondas a fim de movimentar o dispositivo, à dificil sincronização do dispositivo com a frequência das ondas, no que diz respeito a manter um regime de funcionamento regular para o gerador, às perdas devido ao atrito entre as várias peças, resultando a combinação destas limitações num rendimento global reduzido numa lógica de produção.

Neste contexto, a presente invenção define um conjunto de soluções originais disponibilizando, em particular, vários graus de flexibilidade para otimizar a sincronização do dispositivo de extração de potência com a frequência das ondas, o recurso a componentes técnicos tendo um atrito reduzido, o recurso a técnicas de engenharia e de fabrico habituais e a utilização de materiais de baixo valor ou de materiais reciclados, e uma manutenção minima e de competência técnica reduzida. 0 módulo ondomotriz, objetivo da presente invenção, é, essencialmente, constituído por um invólucro flutuante concebido para conter, na totalidade, um dispositivo de conversão eletromecânico acionado pela oscilação das ondas. 0 casco, ou a parte imersa do invólucro, está ancorado/a, ou é mantido/a na sua posição, por um dispositivo motorizado. Está dotado com um conjunto de estabilizadores que mantêm a sua orientação virada para a frente das ondas e têm um perfil especial, favorecendo a arfagem do módulo acompanhando a ondulação.

Nota: para facilitar a descrição, a parte do casco que entra, em primeiro lugar, em contacto com uma onda incidente será designada, no presente documento, como a parte dianteira do módulo, ou a sua proa, e a parte oposta será designada como a popa do módulo.

No interior do invólucro, existe uma massa excêntrica tendo a forma de um carro pesado que se pode deslocar ao longo de um conjunto de calhas circulares. Esse tipo de disposição faz com que seja possivel prescindir de um eixo de suporte central; evita-se, assim, o atrito que poderia ser provocado pelo momento considerável do peso do excêntrico sobre o pivô central. 0 movimento de arfagem do invólucro provoca a inclinação do plano das calhas e, por conseguinte, o movimento do carro sob o efeito do seu peso. A fim de evitar problemas eletromecânicos específicos à presença de pontos de paragem ou de pontos de retrocesso na trajetória, como observados, em particular, num movimento pendular, a invenção aproveita uma órbita completa e ininterrupta do carro em torno do eixo (3) central. A energia cinética adquirida pela massa excêntrica durante o seu movimento é função da energia potencial gravitacional que a onda lhe confere ao provocar a inclinação do plano da sua trajetória.

Devido à baixa amplitude da inclinação da órbita, o atrito é uma limitação importante, o que pode mesmo tornar-se um obstáculo abaixo de uma determinada altura das ondas. Nesse contexto, a invenção visa propor um conjunto de disposições favorecendo a redução de perdas por atrito à passagem do carro. A energia cinética acumulada é convertida por um gerador elétrico integrado no carro. 0 veio do gerador é rodado por uma ou duas engrenagens que estão engrenadas num conjunto de cremalheiras coaxiais com as calhas. Contactos deslizantes conectam o gerador a um retificador elétrico. Assim, a ligação do módulo a um ponto de distribuição em terra não tem as perdas em linha que resultariam de uma transmissão de corrente alterna no ambiente marinho.

Um balastro móvel, também animado pela ação da ondulação, amplifica a inclinação do módulo no sentido de propagação da ondas e aumenta, assim, a altura de queda do carro. 0 ciclo de captação de potência que resulta dessa inclinação está dividido, esquematicamente, em quatro fases: durante a fase de inclinação crescente, sob o efeito da onda incidente, a trajetória do carro fica localizada mais perto da proa, onde o carro adquire a energia potencial gravitacional, quando a inclinação máxima do módulo é atingida, o carro efetua uma descida acelerada, durante a qual a sua energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética; esta fase é breve porque a inclinação máxima é muito passageira, durante a fase de inclinação decrescente, após a passagem do módulo sobre a crista da onda, a trajetória do carro fica localizada mais perto da popa do módulo, onde readquire a energia potencial gravitacional, quando a inclinação é máxima, estando a popa do módulo levantada pela onda, o carro acelera e converte, de novo, a sua energia potencial. A extração eficiente da energia das ondas exige, portanto, uma variação da velocidade do carro: o seu trajeto é bastante longo durante uma fase relativamente breve e bastante curto durante uma fase bastante prolongada.

Para permitir um acionamento constante do veio do gerador, apesar dessas flutuações da velocidade do carro durante um mesmo ciclo, o dispositivo pode, ocionalmente, receber um conjunto de cremalheiras de passo variável funcionando como um adaptador mecânico, que produz uma variação continua da relação de redução. Um tal dispositivo permite, assim, para o gerador, um regime mais próximo do rseu ponto de funcionamento nominal.

Além disso, um servomecanismo assegura a sincronização continua do período de revolução do carro com a frequência das ondas ao longo da sua variação no tempo.

As características específicas da invenção aparecem na descrição a seguir, que mostra um exemplo de realização, dado a título ilustrativo e não limitativo, recorrendo aos desenhos em anexo: A Figura 1 mostra a vista explodida de um módulo de conversão de potência ondomotriz. A Figura 2 mostra uma vista axonométrica do casco e qdas estruturas contendo o balastro móvel. A Figura 3 mostra uma vista axonométrica do casco, visto de baixo. A Figura 4 mostra a vista explodida parcial do módulo, na qual os setores angulares do carro se encontram numa posição de máximo de excentricidade. A Figura 5 mostra a vista explodida parcial do módulo, na qual os setores angulares do carro se encontram na posição de minimo de excentricidade. A Figura 6 ilustra, em pormenor e em corte, o principio de ligação entre o carro e a calha sobre a qual assenta. A Figura 7 ilustra em perspectiva o principio de uma cremalheira de passo variável A Figura 8 mostra, em corte esquemático, as quatro principais fases do ciclo de conversão A Figura 9 mostra, numa vista parcial explodida, um cenário de um módulo na água.

De acordo com a invenção, um módulo de conversão de potência ondomotriz compreende um invólucro estanque constituído por um casco (1) fechado por uma tampa (2) e recebendo um conjunto de componentes eletromecânicos, de modo a que nenhum elemento sensivel esteja diretamente em contacto com o ambiente marinho. 0 invólucro (1) e (2), tal como ilustrado na figura 1, é apresentado como uma embarcação retangular de altura reduzida, com arestas suavizadas, flutuando sobre a superfície do mar. 0 perfil hidrodinâmico do invólucro e, em particular, do lado de baixo do casco (1), é concebido para favorecer um movimento de arfagem acompanhando as ondas. É definido um sistema de coordenadas tridimensional fixo em relação ao módulo, e identificado por três eixos (X, Y, Z), em que a direcção média descrita por X, durante a arfagem, coincide com a direção de propagação das ondas, a direcção média do eixo Z coincide com a vertical e o eixo Y é perpendicular aos dois anteriores. 0 movimento de arfagem, sob a ação das ondas, corresponde a uma articulação periódica em torno do eixo Y.

Quando encontra o casco (1), uma onda incidente levanta a proa (11), enquanto a popa (12) afunda. A proa, por conseguinte, aproveita um perfil elevado, em forma de espátula, que lhe permite sobrepor-se ao topo da onda e não a abalroá-la. 0 lado de baixo do invólucro (1), tal como ilustrado pela figura 3, tem um abaulamento (13), localizado, de um modo vantajoso, na retaguarda, que provoca uma depressão, durante uma passagem pela onda, pelo efeito de Venturi. Essa depressão ajuda a sugar a popa do invólucro (1) para o fundo e, assim, a aumentar a inclinação do módulo sobre a onda.

No topo da onda, o casco (1) inclina-se e a proa (11) mergulha no recesso da onda seguinte, enquanto a depressão no abaulamento (13) diminui com a evacuação da massa de água pela popa (12), pelo que a flutuabilidade impele esta última para a superfície. Aparece uma forma de ressonância. A um maior afundamento da popa (12), responde um impulso correspondentemente mais forte, por reação do suporte.

De acordo com a invenção, uma tal geometria do casco (1) possui uma direcção privilegiada em relação ao sentido de propagação das ondas (14) . Por conseguinte, a invenção prevê a utilização de um conjunto de estabilizadores (15) fixos sob o casco (1) que asseguram uma orientação consistente do módulo com a frente de onda. Para além de não serem prejudiciais ao movimento geral de arfagem, os estabilizadores (15) estão aptos a canalizar o escoamento na parte de baixo do invólucro (1), de modo a aumentar o efeito de Venturi. Além disso, a invenção compreende um sistema (16) de ancoragem ou quaisquer outros meios concebidos para manter a posição geográfica do módulo. 0 ou os pontos de ancoragem dos cabos de amarração ao casco (1) estão localizados de forma a acompanhar a sua arfagem e não a opor-se à mesma. No caso da utilização de, pelo menos, dois cabos de amarração, o sistema (16) permite, ainda, facilitar a orientação correta do casco (1) . Em alternativa e, por exemplo, no caso em que o mar é muito profundo, também é concebível um sistema de posicionamento ativo utilizando uma leve motorização e guiado por satélite. A tampa do invólucro (2) é formada como uma plataforma de receção de operações de manutenção e compreende, por esta razão, componentes de segurança, tais como um cabo vaivém, e um conjunto de painéis removiveis incluindo escotilhas (29).

As dimensões do casco (1) são proporcionais ao tamanho médio das ondas que este enfrenta, bem como ao volume do dispositivo de conversão incorporado no mesmo. A titulo de exemplo não limitativo, o comprimento do casco, para um perfil de ondulação favorável à exploração da potência das ondas, está, tipicamente, compreendido entre 15 e 30 metros.

De acordo com a invenção, o dispositivo compreende uma massa excêntrica em forma de meia-lua, cujo movimento circular em torno do eixo Z é mantido pela arfagem do casco (D .

Essa massa excêntrica tem, de um modo vantajoso, a forma de um carro (5) circulando sobre um conjunto de calhas anelares coaxiais. Uma calha, pelo menos, serve como suporte, enquanto uma ou mais calhas adicionais opcionais asseguram a manutenção do carro (5) na sua trajetória horizontal. A titulo indicativo e de modo algum limitativo, esse conjunto de calhas é descrito, no presente documento, sob a forma particular de duas calhas (6) sobrepostas e tendo o mesmo diâmetro. 0 contacto entre o carro (5) e as calhas (6) é assegurado por um conjunto de roletes (7) suportados por rolamentos (17). Esses rolamentos podem, por sua vez, ser, de um modo vantajoso, montados em suspensões (18) económicas de rigidez elevada e baixa amplitude, tipicamente anilhas ou lâminas de mola, de modo a atenuar o efeito de quaisquer irregularidades nas calhas (6) ou a sua expansão diferencial sob a ação conjunta do sol e do mar.

Por outro lado, a invenção pretende garantir o rolamento sem deslizamento dos roletes (7) do carro (5) na superfície das calhas (6). Para isso, os roletes (7) em contacto com a banda de rolamento das calhas (19) têm a forma de cones truncados cujo topo coincide com o centro (20) da respetiva banda (19) de rolamento. Deste modo, os eixos do conjunto dos roletes (7) são ligeiramente oblíquos e cruzam-se num ponto situado no centro (20) da banda (19) de rolamento.

Para limitar o atrito gerado pelas forças radiais, o carro (5) está dotado com jogos (22) complementares de roletes cilíndricos com um eixo paralelo a Z. Esses roletes funcionam como suporte radial nas faces (23) laterais das calhas (6). Para isso, estes jogos (22) complementares são, eles próprios, de um modo vantajoso, montados em rolamentos (24) e suspensãoes (25) , e as faces (23) laterais de cada uma das calhas (6) são processadas como banda de rolamento. A invenção prevê que o raio dos calhas (6) seja de molde a que as forças exercidas pelo carro (5) sobre as bandas (23) de rolamento laterais sejam tão baixas quanto possivel. Por outras palavras, o carro (5) encontra-se, naturalmente, em equilíbrio sobre a ou as calhas de suporte e não em consola. Para isso, o centro (26) de gravidade do carro (5) situa-se na vertical de uma meia-lua que delimita a corda e o arco descritos pelos pontos de contacto com a ou as calhas de suporte. A qualidade essencial do material componente da massa do carro (5) é a sua densidade. Este requisito é consistente com a utilização de materiais reciclados baratos. A titulo indicativo, mas não limitativo de todo, uma massa composta, constituída por um material muito económico, tipicamente uma mistura de entulho e de objetos reciclados vertidos para betão, e por um material mais denso e potencialmente mais dispendioso, tal como aço fundido reciclado ocupando uma meia-lua periférica centrada sobre o eixo central do carro (5) , representa uma solução economicamente interessante. 0 carro (5), tal como descrito acima, pode, de um modo vantajoso, ser dividido em vários setores (36) angulares concebidos de acordo com um principio semelhante e independentes, a fim de poderem ser agrupados, como mostrado na figura 4, ou serem afastados uns dos outros ao longo das calhas (6), como mostrado na figura 5, induzindo este afastamento uma redução da excentricidade da massa móvel. Uma distribuição equilibrada dos setores (36) pelo perimetro das calhas (6) tem o efeito de aproximar o centro (26) de gravidade do carro (5) do eixo (3) central, facilitando, assim, a imobilização do dispositivo e o seu bloqueio quando parado por meio de um freio. 0 deslocamento dos setores (36) relativamente uns aos outros é assegurado por um sistema motorizado, constituido, tipicamente, por cabos acionados por guinchos ou por meio de veios acionados por parafusos sem fim, ou por qualquer outro dispositivo controlado para ajustar a excentricidade do carro (5) à natureza das ondas, sendo uma pequena excentricidade adequada para iniciar a rotação, ou no caso de o mar estar calmo.

De acordo com a invenção, o dispositivo de conversão compreende um gerador (8) elétrico fixo ao carro (5), de modo a fazer parte da sua massa. 0 gerador (8), cujo eixo se mantém paralelo ou interceta o eixo (3) central ao longo da sua órbita, está dotado com um veio equipado com um pinhão (27) que se engrena numa cremalheira (9) descrevendo um circulo coaxial com as calhas (6). 0 deslocamento orbital do carrho (5) resulta, assim, numa rápida rotação do veio do gerador (6) . 0 diâmetro do pinhão (27) é selecionado de modo a obter uma relação de redução de acordo com um dimensionamento económico do gerador (8) e, em particular, com um número reduzido de pólos.

De um modo vantajoso, um segundo sistema de cremalheira e pinhão pode ser implementado de forma simétrica relativamente ao primeiro, na extremidade oposta do veio do gerador (8), para uma melhor distribuição das forças. A fim de contrariar as possiveis irregularidades das várias peças, a invenção liga o gerador (8) ao carro (5) através de um sistema de suspensão que mantém os pinhões (27) em contacto com as cremalheiras (9). Além disso, o estator do gerador (8) pode compreender, de um modo vantajoso, uma ou duas rodas livres apoiadas numa ou duas das bandas (23) de rolamento laterais das calhas (6) e funcionando como um guia de profundidade, de modo a evitar pressão radial dos pinhões (27) sobre as cremalheiras (9) sob a ação da suspensão do gerador (8). Esta última configuração é benéfica na medida em que reduz as perdas por atrito e minimiza o desgaste mecânico dos conjuntos de pinhão e cremalheira.

De acordo com a invenção, a conexão elétrica entre o gerador (8) e a parte estática do módulo é efetuada por meio de contactos (28) deslizantes circulares, tipicamente um conjunto de anéis ou um sistema de catenárias. A extração quantitativa de energia ondomotriz requer a sincronização do movimento do carro (5) com a das ondas. A invenção prevê controlar o gerador (8) de modo a assegurar, em particular, um perfil de velocidade do carro (5) compreendendo, na sua órbita, uma desaceleração ao aproximar-se de cada extremidade (11) ou (12), do casco (1), e a sincronização do ciclo de conversão com a oscilação das ondas. Devido ao regime variável que essa oscilação lhe impõe, o gerador (8) não pode ser diretamente ligado à rede de distribuição.

De acordo com a invenção, uma solução vantajosa, mas não exclusiva, consiste em incluir um retificador eletrónico no dispositivo. Desta forma, a transmissão da potência para qualquer estação de consumo ou de distribuição pode ser efetuada utilizando cabos submarinos alimentados com corrente continua.

Se for caso disso, um inversor no fim da linha, disposto, por exemplo, na margem, permite produzir uma tensão alternada regulada e, portanto, tipicamente compatível com uma ligação à rede.

De acordo com a invenção, o controlo utiliza, pelo menos: um sensor de posição do carro (5); um sensor medindo a inclinação instantânea do módulo; um sensor assinalando a frequência das ondas incidentes; um circuito eletrónico de controlo do gerador (8).

Esta configuração minimalista pode ser, de um modo vantajoso, completada por sensores medindo as variáveis elétricas do gerador (8) em tempo real, de modo a produzir uma lei de controlo mais apropriada.

De acordo com a lógica de controlo anteriormente descrita, a invenção pode aproveitar um gerador (8) sincrono com excitação separada, que permite um controlo fino do seu binário e, assim, do perfil de velocidade do carro (5). Neste caso particular, uma alimentação continua, limitada em potência, e sob o controlo do servomecanismo, é utilizada para magnetizar o indutor do rotor. A invenção também compreende um dispositivo mecânico opcional permitindo manter uma velocidade de rotação constante do gerador (8) apesar das flutuações da velocidade de deslocamento do carro (5) que o roda: uma relação de redução variável no percurso da órbita é obtida ao substituir as cremalheiras (9) por um dispositivo particular de cremalheiras de passo variável, ilustrado na figura 7 .

De acordo com a invenção, essa disposição especifica recorre à utilização de pinhões (27) troncocónicos alongados integrados no veio do gerador (8). Esses pinhões (27) equivalem a um conjunto continuo de pinhões coaxiais tendo diferentes diâmetros. De acordo com a forma como a pista (31) dentada das cremalheiras (9) se engrena numa parte dos pinhões (27), a relação de transmissão varia. Concretamente, as cremalheiras (9) têm a forma de um cone truncado complementar à dos pinhões (27), mas em que, num dado ponto do curso, os dentes (31) ocupam apenas uma pequena parte da geratriz do cone. 0 espaçamento entre estes dentes (31) é consistente com o passo (10) da parte do pinhão (27) que está engrenada nos mesmos.

Deste modo, o passo (10) entre os dentes (31) e, portanto, a relação de redução dos pares pinhão-cremalheira, é continuamente variável, e permite proporcionar uma adaptação mecânica correlacionada com o perfil de velocidade de referência do carro (5).

Apesar do aumento da complexidade em comparação com as cremalheiras de passo fixo, a atenuação das flutuações mecânicas a que o gerador (8) é submetido tem a vantagem de proporcionar um funcionamento mais aproximado das condições nominais de utilização e, assim, um dimensionamento mais económico.

Numa lógica de produção intensiva, a invenção possibilita a ligação em rede de vários módulos sob a forma de um parque. O agrupamento de módulos geograficamente próximos permite mutualizar, de um modo vantajoso, sistemas periféricos e as operações de manutenção.

Os módulos de um mesmo parque podem ser dispostos de modo a formar uma malha à superfície da água devido á utilização de cabos, correntes ou hastes. Assim, os meios para manter a posição de parque, sejam pontos (16) de amarração ou outros meios, podem ser partilhados.

Além disso, os meios de transmissão e de modelação da potência elétrica a jusante do retificador de cada módulo podem ser mutualizados para beneficiar de uma economia de escala. Além disso, a utilização de um conjunto de prateleiras de passo variável, tal como descrito acima (Fig. 7), permite a partilha de um mesmo retificador, na medida em que a frequência das ondas é comum a todos os módulos conectados, o que permite ajustar a potência de saida coletiva. Com efeito, neste caso, a sincronização de fases do ciclo (Fig. 8-a a 8-d) entre os diferentes geradores (8) do parque não é necessária e os diferentes módulos podem ser dispostos em frentes distintas sem risco de incoerência elétrica.

Por outro lado, a interligação de módulos a montante do retificador autoriza uma ação motriz episódica do gerador (8) , o que alarga consideravelmente as estratégias de controlo, em particular, sequências de movimentação dos carros (5) em ondas de pequena amplitude.

Além disso, em regimes permanentes, a regularidade dos ciclos de conversão tende a melhorar por efeito coletivo.

De acordo com a invenção, um dispositivo (4) económico de balastro oscilante permite melhorar substancialmente a extração de potência.

Devido a sua grande massa e ao seu movimento controlado para se opor à onda, o carro (5) atenua substancialmente a arfagem do módulo, o que reduz significativamente a sua eficácia. Um contrapeso oscilante deslocando—se em translação segundo a direção X sob a ação do seu próprio peso, permite compensar o efeito do carro (5) sobre a arfagem e, mesmo, amplificá-la.

De acordo com uma forma de realização preferida, mas, de todo, não limitativa, mostrada na figura 1, a invenção utiliza a totalidade ou parte dos espaços vazios de construção do módulo dispondo-os como um conjunto de condutas (32) retilíneas paralelas, com um eixo X, juntando-se na proa (11) e na popa do casco (12). Essas condutas (32) são parcialmente enchidas com água de modo a constituir um balastro (4) móvel, cujo escoamento oscila naturalmente com as ondas. Esse dispositivo permite, por um lado, amplificar a arfagem e, por outro lado, prolongar a duração das fases de inclinação máxima, figura 8-b e 8-d. 0 escoamento rápido do balastro (4) durante as fases de inclinação crescente ou decrescente, figura 8-a e 8-c, provoca, com efeito, a sua estagnação temporária na extremidade mais baixa do módulo. Assim, o balastro (4) oscilante contribui para estabilizar as posições de inclinação máxima e dá mais tempo para o carro (5) efetuar a sua queda sob condições ideais de inclinação. A forma geralmente longitudinal das condutas (32) favorece o movimento de arfagem, sem contribuir para a oscilação transversal.

De acordo com uma forma de realização criteriosa da presente invenção, as condutas (32) contendo o balastro (4) combinam-se com as nervuras estruturando o casco (1). 0 interesse de uma tal disposição reside nas possibilidades de ajustamento económico que proporciona. De facto, a proporção de ar nas condutas (32) determina o comportamento dinâmico do balastro (4) que estas contêm. A invenção prevê, assim, que as condutas (32) podem ser, de um modo vantajoso, divididas em vários compartimentos distintos. No caso particular ilustrado na figura 1, um primeiro compartimento (33) ocupa a parte média do casco (1), enquanto um segundo (34) ocupa dois corredores simétricos em ambos os lados deste. A homogeneidade da taxa de enchimento das condutas (32) no interior de um mesmo compartimento é conseguida por aberturas (37) formadas entre as condutas (32) adjacentes, bem como a um conjunto de tubagens (35) , representadas na figura 2, que unem as duas partes do segundo compartimento (34) .

De acordo com a invenção, um sistema de bombeamento bidirecional controlado assegura a transferência do balastro (4) entre os compartimentos (33) e (34), permitindo, assim, ajustar a propensão à arfagem do conjunto para assegurar as condições de extração ideal com base nas caracteristicas das ondas incidentes. Verifica-se que o centro de gravidade de um compartimento parcialmente cheio se desloca ao longo do eixo X do módulo. Por outro lado, um compartimento completamente cheio ou vazio é inerte e não participa, por conseguinte, na arfagem. 0 dispositivo de bombeamento do balastro (4) proporciona, assim, uma opção de proteção do módulo em caso de tempestade ou durante uma operação de manutenção, para a transferência completa do balastro (4) para dentro de um dos compartimentos (33) ou (34) .

De acordo com a invenção, uma disposição opcional compatível com o conjunto das disposições supracitadas, e recorrendo, no interior de um mesmo módulo, a dois sistemas de carros (5) semelhantes, mas rodando em sentidos opostos em dois conjuntos de calhas (6) distintos, pode reduzir significativamente a oscilação transversal do casco (1). Numa tal disposição, na verdade, os dois carros (5) são controlados de modo a descrever um movimento simétrico em relação ao eixo dos X, de modo a que o centro de gravidade do conjunto das suas duas massas oscile apenas nessa mesma direção X. A titulo indicativo, mas não, de todo, limitativo, os dois conjuntos de calhas são tipicamente sobrepostos e coaxiais ou coplanares e simétricos em relação ao eixo longitudinal, X, do módulo.

Lisboa, 21 de setembro de 2017

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Módulo de conversão de energia das ondas explorando o movimento orbital de uma massa excêntrica, totalmente contida num invólucro flutuante, e caracterizado por compreender: - um casco (1) na forma de uma embarcação retangular, - uma tampa (2) formada como uma plataforma de receção para operações de manutenção, - um carro (5) pesado descrevendo uma órbita guiada por um conjunto de calhas (6) circulares, - um gerador (8) elétrico montado no carro (5) e acionado por um ou mais pinhões (27) ao longo de um conjunto de cremalheiras (9) coaxiais com as calhas (6).
2. 2. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o lado de baixo do casco (1) ser configurado de modo a favorecer um movimento de arfagem e compreender, para isso: - uma proa (11) levantada, - um abaulamento (13) situado na proximidade a popa (12) , - um conjunto de estabilizadores (15) paralelos, - pontos de ancoragem ao longo do eixo de arfagem.
3. 3. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o carro (5) ser mantido na sua trajetória sem deslizar, por meio de: - roletes (7) de suporte troncocónicos suportados por rolamentos (17), montados numa suspensão (18) e - roletes (22) cilíndricos de suporte radial suportados por rolamentos (24), montados numa suspensão (25).
4. 4. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o gerador (8) elétrico estar conectado a um retificador através de contactos (28) deslizantes, sob a forma de anéis ou catenárias.
5. 5. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o gerador (8) elétrico ser montado em suspensão e estar dotado com um jogo de rodas (30) livres funcionando como batente, para limitar a pressão radial do veio do gerador (8) sobre o conjunto de cremalheiras (9).
6. 6. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o movimento do carro (5) ao longo da sua trajetória ser controlado por um sistema compreendendo, pelo menos: - um sensor medindo a inclinação do módulo; - um sensor medindo a posição do carro (5), pelo menos, uma vez por ciclo; - um sensor medindo a frequência das ondas incidentes; - um circuito eletrónico de controlo do gerador (8); - um dispositivo de travagem permitindo assegurar a imobilização total do carro (5) .
7. 7. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a excentricidade do centro de gravidade (26) do carro (5) ser continuamente ajustável devido à distribuição da massa do carro (5) por setores (36) angulares distintos, cuja posição relativa é controlada.
8. 8. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, pelo menos, uma cremalheira (9) ter um passo continuamente variável devido a uma forma de pinhão (27) troncocónico que se engrena, numa parte da sua altura, com os dentes (31) dessa cremalheira (9); o espaçamento entre os dentes ( 31) varia ao longo da órbita do gerador (8): e quanto maior for o diâmetro aparente do pinhão (27), mais espaçados são os dentes (31).
9. 9. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um dispositivo de acentuação da arfagem, em que um balastro (4) oscilante na forma de uma massa fluida é movida devido ao seu peso num conjunto de condutas (32) longitudinais concebidas para esse fim.
10. 10. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por possuir um sistema de ajuste dinâmico do balastro (4) oscilante, em que: as condutas (32) são agrupadas em vários compartimentos longitudinais distintos, permitindo um enchimento simétrico em relação ao eixo médio do casco (1); - um conjunto de aberturas (37) pontuais e tubagens (35) assegura um nivel de enchimento homogéneo no interior de um mesmo compartimento; uma bomba controlada permite a transferência do balastro (4) entre compartimentos.
11. 11. Módulos de conversão da energia das ondas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a associação, num mesmo invólucro, de um conjunto duplo de carros (5) nas calhas (6) rodando em sentidos opostos permitir limitar a oscilação transversal.
12. 12. Módulo de conversão da energia das ondas, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por formar, em associação com um conjunto de módulos semelhantes, um parque de exploração configurado como uma rede permitindo mutualizar, em particular, os meios para a manutenção da posição e as unidades de retificação e transmissão elétricas.
13. 13. Método de produção de eletricidade por extração da energia das ondas por um módulo de conversão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por o referido método compreender, pelo menos, os 4 passos seguintes: 1) durante uma fase de inclinação crescente, sob o efeito de uma onda incidente, a trajetória do carro (5) fica localizada mais perto da proa (11), onde o carro adquire energia potencial gravitacional, 2) quando a inclinação máxima do módulo é alcançada, o carro (5) efetua uma descida acelerada, durante a qual a sua energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética, 3) durante uma fase de inclinação decrescente, depois de o módulo passar pela crista da onda, a trajetória do carro (5) fica localizada mais perto da popa do módulo, onde adquire, novamente, energia potencial gravitacional e 4) quando a inclinação é máxima, estando a popa do módulo levantada pela onda, o carro (5) acelera e converte, novamente, a sua energia potencial.
14. 14. Método de produção de eletricidade, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a eletricidade produzida ser transmitida para, pelo menos, uma estação de consumo ou de distribuição, de preferência, por meio de um inversor permitindo produzir uma tensão alternada regulada no fim da linha, compatível com uma conexão à rede.
15. 15. Utilização de, pelo menos, um módulo de conversão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12 para converter a potência das ondas em eletricidade. Lisboa, 21 de setembro de 2017