WO2012048392A1 - Conversor aerodinâmico de energia eólica - Google Patents

Conversor aerodinâmico de energia eólica Download PDF

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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the present invention deals with a system of harnessing energy in drafts, called wind energy, through deflector panels, collectors and concentrators of air flow, or devices with similar effects, fixed or semi fixed, capturing, conducting and accelerating the current, to convert its energy into useful and controlled forms of utilization, through air turbines (s) installed in the section of higher concentration of air flow or other section that proves more favorable, being this turbine driven by the internal current to the panel, which is formed by the circulation between the inside and outside when the panel is exposed to wind.
  • Manifold panels, or devices with similar effect, fixed or semi-fixed may be combined in connection with each other to result in the capture of increased volumes and concentrations of air flow, with the resulting expanded utilization.
  • the present invention proposes a wind energy aerodynamic conversion system, involving usual construction methods and operating process based on known principle, depending on its effective demonstration of operation and effectiveness, experimentation and theoretical analysis that optimize the configuration of the assembly and its components for effective operation and economic efficiency.
  • the proposed system is based on the separation of the capture functions from the wind energy conversion functions, whose characteristics are in summary:
  • Interference panels can be used as heights for the installation of multiple air turbines, reaching large levels of ground clearance, thus reaching dispersed air masses, but carrying appreciable amounts of diffuse energy.
  • Figure 4 Frontal and lateral elevation with indications of anchorage and flow in the wind chamber
  • Figure 5 Front elevation with indication of wind flow in the air chamber and windows for exhaust and intake
  • FIG. 7 Schematic illustration perspective of a typical collector panel module
  • Figure 8 Internal view - extraction of the collecting panel and concentrator
  • Figure 10 Internal view - intruder of collector and concentrator panel, indicating entrance window with counterflow retention
  • Figure 11 Internal view - intruder of the collecting and concentrating panel, indicating modules, flow channel bottleneck and concentrated and accelerated flow.

Abstract

A presente invenção trata de um conversor aerodinâmico de energia eólica compreendendo um painel (éis) de interferência em correntes de vento, com as funções de defletir, coletar, concentrar e acelerar um fluxo de ar interno ao(s) mesmo(s), encaminhando a resultante para turbinas(s) a ar associada(s) ao painel(éis) afim de converter sua energia (eólica) em formas de aproveitamento úteis e controladas.

Description

"CONVERSOR AERODINÂMICO DE ENERGIA EÓLICA"
A presente patente de invenção trata de um sistema de aproveitamento da energia em correntes de ar, denominada energia eólica, através de painéis defletores, coletores e concentradores do fluxo de ar, ou dispositivos com efeitos semelhantes, fixos ou semi fixos, captando, conduzindo e acelerando a corrente, para converter sua energia em formas de aproveitamento úteis e controladas, através de turbinas(s) a ar instalada(s) na seção de maior concentração do fluxo de ar ou outra seção que se revele mais favorável, sendo esta turbina acionada pela corrente interna ao painel, a qual se forma pela circulação entre intradorso e extradorso, quando o painel é exposto ao vento.
Os painéis coletores definidos, ou dispositivos com efeito semelhante, fixos ou semi fixos, poderão ser associados em conexão uns com os outros, de modo a resultar na captação de volumes e concentrações ampliados do fluxo de ar, com o resultante aproveitamento ampliado.
As grandes massas de ar que se deslocam livremente, mesmo a velocidades moderadas encerram uma apreciável quantidade de energia, porém como são dispersas, a energia encontra-se difusa e seu aproveitamento em larga escala dependerá, no entanto, da interferência em grandes áreas no espaço aéreo, o que parece fora do alcance prático na captação e conversão simultânea, somente por cata- ventos.
Assim, a presente invenção propõe um sistema de conversão aerodmâmica de energia eólica, envolvendo métodos de construção usuais e processo de operação com base em principio conhecido, dependendo sua efetiva demonstração de funcionamento e eficácia, de experimentação e análise teórica que otimize a configuração do conjunto e dos seus componente, visando operação eficaz e eficiência económica.
O sistema proposto baseia-se na separação das funções de captação das de conversão de energia eólica, cujas características são em resumo:
- PRINCÍPIO - Separação das funções de captação das de conversão de energia.
- MÉTODO - Utilização de elementos fixos ou semi fixos, como painéis de interferência em grandes áreas do espaço aéreo, para captar a energia de volumosas quantidades de ar em movimento, gerando um fluxo útil para conversão de energia através de turbina(s) compacta(s) e proporcionalmente de baixa inércia.
- VANTAGENS - Desvinculação de elementos móveis para captação da energia eólica (cata-ventos), os quais aparentam limitações de tamanho e custo, levando à formação de parques eólicos.
- a) A separação das funções de captação das de conversão, permite captar grandes massas de ar em movimento, mediante painéis fixos ou semi fixos de grandes dimensões, porém mecânica e estruturalmente simples e rígidos além de presumivelmente económicos.
- b) Quanto à conversão da energia captada (aproveitamento), permite o emprego de unidade de potência (turbina a ar), proporcionalmente compacta e eficiente com menos inércia e previsível redução de limitações significativas.
- c) As estações de captação e de conversão, não exigem tecnologia e recursos complexos, além de poderem ser desmembradas por vários fornecedores, facilitando a aquisição, podendo reduzir prazos e custos de construção,
- MODELO GENÉRICO DO SISTEMA:
- 1) Características: A associação de painéis e turbinas a ar, adaptados para cada fabricante, permitirá a redução de tamanho das mesmas para uma dada potência, uma vez que serão expostas a correntes de ar concentradas, mais volumosas e velozes pela ação de painéis defletores e concentradores da corrente.
Os painéis de interferência poderão servir de suporte em altura, para instalação de várias turbinas a ar, alcançando grandes cotas de captação acima do solo, e assim atingindo massas de ar dispersas, mas que conduzem apreciáveis quantidades de energia difusa.
Quanto mais afastadas do solo as correntes de ar estarão menos afetadas por sua influência e, portanto sujeitas a maiores velocidade e energia, podendo melhorar a relação custo/benefício para converter a energia em formas de aproveitamento úteis e controladas.
- 2) Desenhos e ilustrações sem escala: - Figura 1 - Elevação lateral do painel coletor e concentrador;
Figura 2 - Seção típica do painel eólico;
Figura 3 - Ilustração da seção típica do painel, em corte transversal;
Figura 4 - Elevação frontal e lateral com indicações de ancoragem e fluxo na câmara de vento; Figura 5 - Elevação frontal com indicação de fluxo de vento na câmara de ar e janelas para exaustão e admissão;
Figura 6 - Ilustração do sistema em elevação lateral, com indicação de estaiamentos:
Figura 7 - Perspectiva de ilustração esquemática de módulo típico do painel coletor;
Figura 8 - Vista interna - extradorso do painel coletor e concentrador;
Figura 9 - Vista Interna - extradorso, indicando módulos e afunilamento do canal de escoamento;
Figura 10 - Vista interna - intradorso do painel coletor e concentrador, indicando janela de entrada com retenção de contra fluxo;
Figura 11 - Vista interna - intradorso do painel coletor e concentrador, indicando módulos, afunilamento do canal de escoamento e fluxo concentrado e acelerado.

Claims

1/10 REIVINDICAÇÃO l)"CONVERSÃO AERODINÂMICA DE ENERGIA EÓLICA" caracteriza-se como um sistema de painel(eis) de interferência em correntes de vento, com as funções de defletir, coletar, concentrar e acelerar um fluxo de ar interno ao(s) mesmo(s), encaminhando o resultante para turbina(s) a ar associada(s) ao painel(eis) afim de converter sua energia (energia eólica) em formas de aproveitamento úteis e controladas. As figuras anexas 1, 8 e 10 descrevem um painel típico e a associação com turbina a ar instalada em câmara de vento, objeto da presente patente, nas quais: A Fig 1 mostra, elevação lateral do painel eólico, descrevendo o sistema e a seção transversal típica, incluindo os seguintes sinais indicadores correspondentes a cada detalhe descritivo: (1) Painel coletor e concentrador (Título) (2) Fendas para Fluxo de ar (3) Câmara de vento (4) Turbina a ar (5) Ancoragens - Fixas ou móveis (6) Base de ancoragem (7) Vento (8) Solo A Fig 8 mostra elevação lateral do painel eólico com vista interna do extradorso, incluindo os seguintes sinais indicadores correspondentes a cada detalhe descritivo: i (1) Painel coletor e concentrador - Vista Interna - Extradorso (2) Fendas para fluxo de ar - Saida - Extradorso (3) Módulos 2/10 (4) Vento A Fig. 10 mostra elevação lateral do painel eólico com vista interna do intradorso, incluindo os seguintes sinais indicadores correspondentes a cada detalhe descritivo: (1) Painel coletor e concentrador - Vista interna - Intradorso (2) Módulos (3) Janela de entrada / Retenção de contra-fluxo (4) Fendas para Fluxo de ar - Entrada ~ intradorso (5) Redução de canal de escoamento (6) Módulo Típico (7) Fluxo concentrado e acelerado (8) Vento 2) O fluxo de ar interno ao painel caracteriza-se como formado pela ação da corrente de vento, incidindo com ângulo de ataque positivo, de alto a baixo, sobre suas seções transversais, conforme ilustrações típicas nas seguintes figuras: Fig. 2 que mostra a seção transversal do painel eólico, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo: (1) Perfil da seção transversal (Título) (2) Diafragma de separação das zonas (3) Ângulo de ataque (4) Corrente de ar defletida (5) Distribuição de pressão - intradorso (6) Placa de afunilamento do escoamento (7) Distribuição de pressão - extradorso (8) Sucção máxima (9) Fenda de sucção (10) Saída de ar 3/10 (11) Janela de controle do contra-fluxo (12) Zona de pressão (13) Pressão máxima (14) Fenda de pressão (15) Entrada de Ar (16) Zona de sucção Fig. 7 que mostra a perspectiva de ilustração esquemática de módulo típico do painel eólico, coletor/concentrador, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo: (1) Perspectiva de módulo típico (Título) Assim através de fendas de passagem de ar, respectivamente de entrada pela pressão no intradorso e de saída pela sucção no extradorso, estabelecidas pela deflexão da corrente de vento, forma-se fluxo de ar acelerado e concentrado na direção da turbina(s). 3) Internamente às seções transversais, há uma divisão que é caracterizada por diafragma separador das zonas de sucção e de pressão, conforme detalhe (2) na figura 2 descrita no item 4 da presente Reivindicação, somente permitindo comunicação entre as mesmas através de câmara de vento e sua turbina a ar associada, instaladas na extremidade do painel ou eventualmente em outro ponto que se revele mais favorável construtivamente ou ao fluxo de ar. 4) No trajeto do fluxo de ar caracterizado ao longo do painel, são instaladas na zona de pressão janelas de contra fluxo, conforme ilustrado na figura 2, operando com lâminas de ação diferencial ou dispositivo com efeito equivalente, de modo a permitir passagem do ar de entrada apenas se a pressão estática interior for menor do que a pressão total exterior de entrada, sendo ilustração a figura: 4/10 Fig. 2 que mostra a seção transversal típica do painel eólico, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Perfil da seção transversal (Título)
(2) Diafragma de separação das zonas
(3) Ângulo de ataque
(4) Corrente de ar defletida
(5) Distribuição de pressão - intradorso
(6) Placa de afunilamento do escoamento
(7) Distribuição de pressão - extradorso
(8) Sucção máxima
(9) Fenda de sucção
(10) Saída de ar
(11) Janela de controle do contra-fluxo
(12) Zona de pressão
(13) Pressão máxima
(14) Fenda de pressão
(15) Entrada de Ar
(16) Zona de sucção
5) Caracteriza-se para reduzir a pressão estática interior na zona de pressão, serem instaladas placas de redução progressiva da área de passagem do fluxo interno, afunilando o escoamento, conforme ilustração na figura 3 a seguir, e também, as figuras 4, 5, 9 e 11 que ilustram a construção do(s) painel(eis) com a associação de turbina(s) a ar instalada(s) em câmara de vento:
A Fig. 3 mostra no painel eólico coletor e concentrador, a seção transversal do módulo típico-corte, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Perfil da seção transversal (Título) (2) Diafragma de separação das zonas
(3) Ângulo de ataque
(4) Corrente de ar defletida
(5) Distribuição de pressão - Intradorso
(6) Placa redutora do canal de escoamento
(7) Distribuição de pressão - Extradorso
(8) Sucção máxima
(9) Fenda de sucção
(10) Saida de ar
(11) Janela de entrada e retenção de contra-fluxo
(12) Zona de pressão
(13) Pressão máxima
(14) Fenda de pressão
(15) Entrada de ar
(16) Zona de sucção
A Fig 4 - mostra a elevação frontal e lateral do painel eólico coletor e concentrador, com indicações de ancoragem e fluxo na câmara de vento, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Módulos coletores
(2) Fenda para fluxo de ar - Saída no extradorso (Sucção)
(3) Fenda para fluxo de ar - Entrada no intradorso (Pressão)
(4) Módulo de base - Conexão de fluxo, Ancoragem e Turbina Conversora
(5) Ancoragens - Fixas ou Móveis
(6) Câmara de vento e Turbina Conversora
(7) Janela de admissão
(8) Janela de Exaustão A Fig. 5 - mostra elevação frontal do painel eólico coletor e concentrador, com indicação de fluxo de ar na câmara de vento e janelas para exaustão e admissão, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Módulo coletor
(2) Fendas para fluxo de ar - Saída no extradorso (Sucção)
(3) Fendas para fluxo de ar - Entrada no intradorso (Pressão)
(4) Módulo de base - Conexão de fluxo, Ancoragem e Câmara
(5) Ancoragem - Fixas ou Móveis
(6) Câmara de Vento e Turbina conversora
(7) Janela para admissão
(8) Janela para exaustão
A Fig. 9 - mostra a vista interna - extradorso, indicando módulos e afunilamento do canal de escoamento do painel eólico coletor e concentrador, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Painel coletor e concentrador - Vista interna - Extradorso
(2) Fenda para fluxo de ar - Saída - Extradorso
(3) Módulos
(4) Afunilamento do canal de escoamento
(5) Módulo típico
(6) Solo
(7) Vento
A Fig 11 mostra a vista interna - intradorso do painel eólico coletor e concentrador, indicando módulos, afunilamento do canal de escoamento e fluxo concentrado e acelerado, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Painel coletor e concentrador - Vista interna - Intradorso 7/10
(2) Módulos
(3) Janelas de entrada (retenção de contra-fluxo)
(4) Fenda para fluxo de ar - Entrada - Intradorso
(5) Afunilamento do canal de escoamento
(6) Módulo típico
00 Fluxo concentrado e acelerado
(8) Solo
(9) Vento
6) Caracteriza-se, para a(s) turbina(s) a ar conversora(s) de energia associada(s) ao painel(eis) que poderá(ão) ser, de preferência, fornecida(s) pelos fabricantes especializados, porém adaptada(s) as especificações de projeto da "Conversão Aerodinâmica de Energia Eólica" mas, se for eventualmente necessário, atendendo projeto próprio a desenvolver e patentear.
7) A construção do(s) painel(eis) coletor(es) caracteriza-se como prevista em módulos separados, a serem instalados superpostos, firmemente ligados uns aos outros de alto a baixo da sua construção, cujo projeto executivo, inclusive com alternativa construtiva em relação à divisão por módulos, deverá ser definido em função das dimensões a especificar para cada aplicação, na medida de suas respectivas definições.
8) Caracteriza-se cada painel como devendo estar apoiado em base de ancoragem através de módulo de base, dispondo de mobilidade e acionamento de giro por mecanismo motorizado ou manual, garantindo o alinhamento com o vento, comandado ou indicado por sensor(es), afim de manter ou corrigir o ângulo de ataque ideal para captar e converter a energia eólica. Como alternativa o apoio do painel 8/10
poderá ser fixo ou semi-fixo, dependendo de mudanças previstas para a direção do vento. Seguem ilustrações com as figuras 4 e 5:
Fig. 4 mostra a elevação frontal e lateral do painel eólico coletor e concentrador, com indicações de ancoragem e fluxo na câmara de vento, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Módulo coletor
(2) Fendas para fluxo de ar - Saida no extradorso (Sucção)
(3) Fendas para fluxo de ar - Entrada no intradorso (Pressão)
(4) Módulo de base - Conexão de fluxo, Ancoragem e Turbina Conversora
(5) Ancoragens - Fixas ou Móveis
(6) Câmara de vento e Turbina conversora
(7) Janela de admissão
(8) Janela de exaustão A Fig. 5 mostra a elevação frontal do painel eólico coletor e concentrador, com indicação de fluxo de ar na câmara de vento e janelas para exaustão e admissão, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Módulo coletor
(2) Fendas para fluxo de ar - Saida no extradorso (Sucção)
(3) Fendas para fluxo de ar - Entrada no intradorso (Pressão)
(4) Módulo de base - Conexão de fluxo, Ancoragem e Câmara
(5) Ancoragens - Fixas ou Móveis
(6) Câmara de Vento e Turbina conversora
(7) Janela para admissão
(8) Janela para exaustão 9/10
9) Caracteriza-se a carga aerodinâmica lateral que será resistida por estaiamento(s) ligado(s) ao painel por cabos com terminação corrediça deslizando em trilho de estaiamento de preferência a l/3(um terço) e 2/3(dois terços) da altura do painel. A Fig 6 - ilustra o dispositivo de estaiamento, mostrando elevação lateral do painel eólico, descrevendo o sistema para conversão aerodinâmica da energia eólica e a seção transversal típica, incluindo os seguintes sinais indicadores de cada detalhe descritivo:
(1) Ancoragens - Fixas e móveis
(2) Fendas para o fluxo de ar - Entrada no intradorso e Saida no Extradorso
(3) Trilho do Estaiamento
(4) Estaimentos
(5) Câmara de vento
(6) Turbina a ar
(7) Base de ancoragem
(8) Solo
(9) Vento
10) A invenção reivindicada caracteriza-se pelo emprego de painel (eis) para interferência em correntes de vento, dotado(s) de configurações especiais, associado(s) a turbina(s) a ar, apresentando a inovação de separar as funções de captação das de conversão de energia, para permitir alcançar grandes massas de ar em movimento com energia eólica difusa, independentemente de elementos móveis e assim, convertendo a energia eólica através de turbina(s) a ar especialmente adaptada(s) que será(ão) proporcionalmente compacta(s) e mais eficiente(s) , com menor inércia e previsível redução de limitações 10/10
significativas. Painéis coletores assim definidos, fixos ou móveis, poderão também ser conjugados em conexão uns com os outros, de modo a resultar na captação de volumes e concentrações ampliados do fluxo de ar e portanto, em aproveitamento de energia eólica aumentado.
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