WO2015033186A1 - Mecanismo de geracao de energia electrica pela queda de um elemento de peso - Google Patents
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- WO2015033186A1 WO2015033186A1 PCT/IB2013/058287 IB2013058287W WO2015033186A1 WO 2015033186 A1 WO2015033186 A1 WO 2015033186A1 IB 2013058287 W IB2013058287 W IB 2013058287W WO 2015033186 A1 WO2015033186 A1 WO 2015033186A1
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- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1807—Rotary generators
- H02K7/1853—Rotary generators driven by intermittent forces
Definitions
- power generation especially electric power
- the energy obtained by hydroelectric principle is one of the most widespread and consists in damming a river thus creating a large lake, where the water is stored and then released, in uneven condition, to feed a turbine that when turned directly drives a generator electric.
- Hydroelectric plants are relatively simple ways of obtaining energy, but they have some drawbacks, which require the flooding of large areas, impacting the environment, removing and relocating populations, among others.
- Thermoelectric plants are another form of widespread energy generation whereby a fuel it can be gas, coal, diesel oil, etc.) it is burned in a boiler and then, with the heat produced steam is generated which under pressure is directed to a turbine. The turbine spin is then harnessed to drive an electric generator, which converts the mechanical force from the turbine into usable electrical energy.
- thermoelectric plants Although relatively less expensive compared to hydroelectric plants, thermoelectric plants have a number of negative factors that include: a) the need for constant fuel supply; b) severe environmental impacts initially arising from activities related to the production of the fuels used (mining - in the case of coal, prospecting - in the case of oil, deforestation - in the case of burning of plant material, etc.); c) environmental impacts also arising from the generation of pollutants and greenhouse gases that are released into the atmosphere, especially in the case of coal and oil burning plants, d) negative contribution to environmental change in view of promoting phenomena such as acid rain.
- Photovoltaic energy consists of the use of solar panels produced with coatings that when exposed to sunlight respond with the production of a small electric current, which can be accumulated in battery banks, or directly employed.
- Solar energy despite being a clean and renewable energy also presents some drawbacks, among which are: a) the low efficiency of solar panels, thus requiring large areas to produce an effectively useful volume of energy; b) high cost of panel production, which may employ noble materials; c) dependence on weather conditions especially the predominance of clear skies; d) inability to generate at night or on cloudy days.
- Wind energy is also a type of clean and renewable energy and its use has seen a great increase in more recent times.
- Large-scale use of wind energy in modern terms has required the creation of large plants commonly referred to as wind farms or wind farms, where several wind turbines are installed in an area and then connected to a centralized power grid that receives the energy produced and distributes it for food, usually a small locality.
- Modern wind turbines are complex, expensive machines that require careful production, as often the rotor (which usually has three blades) can be one hundred meters or more in diameter, and the mechanical assembly of the wind turbine must be mounted on top. of a tower that can be tens of meters high.
- the wind energy thus defined despite its clear and obvious positive aspects, also has drawbacks among which are: a) high cost of wind turbine manufacturing; b) employment of skilled labor in their manufacture; c) high cost of installation and maintenance of wind farms; d) careful survey of the place of installation, since the equipment is dependent on wind regimes; e) noise generated from rotor rotation requiring that the equipment must be installed in remote locations.
- Geothermal energy is also a particular type of clean and renewable energy that is based on taking advantage of specific geological conditions, in the case of the presence of hot springs.
- the hot springs are outcrops of heat coming from the center of the earth and that due to geological formation are closer to the surface.
- Harnessing geothermal energy implies the construction of a complex facility that aims to pump water underground, where it is heated to turn steam under pressure that is then collected, channeled and directly used to drive one or more turbines that are directly connected to respective electric generators.
- Geothermal energy has a huge list of advantages as it is a cheap way to produce electricity and not yet dependent on specific weather conditions.
- the drawbacks related to the use of geothermal energy are that its installation depends on specific and relatively rare geological conditions.
- Another negative aspect is the initial cost of setting up the plant as well as its operation and maintenance by specialized personnel.
- pure solar energy is an energy resource relatively underexplored and basically consists of creating a plant made up of a large number of heliostats that are large automated mirrors and have motorization that allows them to maintain constant alignment with the sun so that sunlight is directed and focused on a changer of heat that is installed in an elevated tower, usually in the center of the area covered by the heliostats.
- the tower where the heat exchanger is mounted is usually a large concrete structure, tens of meters high, on top of which there is a niche where the heat exchanger is exposed.
- the concentration of light from the heliostats causes the heat exchanger to be heated to several hundred degrees centigrade, which causes the oil circulating inside it to be equally heated, and is then sent to another heat exchanger, where This heat is then directly transferred to a boiler that generates steam at high pressure and temperature. The heat produced is then employed to drive a turbine, which in turn drives an electric generator.
- a Wells Turbine is a particular type of turbine that can be driven by an air flow that reaches it from either direction to its axis. The Wells Turbine can then be driven by one way air flow and also driven by the opposite way air flow, and in either case the turbine rotor always rotates in the same direction.
- a reactor loaded with radioactive material in the form of fuel bars is reacted and used to heat water that is part of its primary circuit.
- This water because it comes into direct contact with the reactor core ends up being contaminated and therefore cannot be released into the environment, which is why it circulates in a closed circuit and passes through a heat exchanger, where uncontaminated water comes into contact. with the thermal energy of the primary circuit water.
- the uncontaminated secondary circuit water is then heated to the point of steam turning, which is driven to a turbine which when driven drives an electric generator.
- nuclear power presents serious problems all due to the nature of the type of material with which it operates. Therefore, as already stated, the nuclear fuel that is used must be initially manufactured, used and after reaching the end of its life, must be properly stored. In most current plants the spent fuel rods (still very high temperature) must be permanently kept inside a water tank similar to a gigantic pool, where they are kept for a period of not less than ten years, so that lose some of your temperature.
- the electric power generation machine was developed by the fall of a weight element, which is based on an autonomous principle, which does not employ the burning of fuels, harnessing resources. natural resources, solar energy use, nuclear material handling, etc.
- the mechanism for generating electric power by the fall of a weight element proposed here is a continuation of an order number PCT / IB2013 / 050452, and is based on the use of the gravity acceleration factor which is used to cause, of course, the drop of a weight element, which is initially raised to a release height.
- This weight element is preferably represented by a metal sphere, but may have another geometric shape.
- a double acting actuator which exerts its force in both directions, and at the tip of its rod is mounted an electromagnet, which, when magnetized, is able to capture the weight element when it lies at rest over your crib. Once captured, the weight element is then raised to its release height, which occurs by demagnetizing the electromagnet, allowing the weight element to fall vertically onto the cradle.
- the actuator stem is attached directly to the weight element. In this case, once actuated, the pneumatic actuator causes the weight element to move upwards. Upon reaching the release height, the actuator opens a quick release valve and releases all air, allowing its stem in conjunction with a weight element to fall free vertically onto the cradle.
- the mechanism for generating electrical energy by the fall of a weight element proposed here must be mounted in-line by automation to ensure that in an array of power cells it is possible to achieve an alternating frequency of falls of various elements. weight to ensure constant rotation of the rotor shaft.
- the mechanism of generating electric power by the fall of a weight element, object of this application, of the invention patent can be understood in all its particulars through the detailed description that will be made based on the following related figures, in which:
- Figure 1 illustrates a front perspective view of the mechanism in question
- Figure 2 shows a rear perspective view of the mechanism now treated
- Figure 3 illustrates an enlarged detail depicting all the elements involved in the generation of mechanical energy, which is due to the fall of the weight element, more specifically a detail of this element, properly supported by its vertical guides and away from the electromagnet;
- Figure 4 illustrates an enlarged detail depicting all the elements involved in the generation of mechanical energy, more specifically in a detail of the weighting element in lifting position;
- Figure 5 illustrates a perspective view of the structure and support of the weight element lifting mechanism
- FIG. 6 illustrates all the elements that make up the weight element lifting system
- Fig. 7 schematically illustrates the upper part of the mechanical elements responsible for directly harnessing the movement created by the fall of the weight element for the operation of the mechanism treated herein;
- Figure 8 illustrates a schematic view of a stop responsible for receiving and transmitting motion directly to the rotor shaft;
- Figure 9 shows an enlarged detail of the connection point between the force receiving and spring transmission elements ";
- Figure 10 shows an enlarged detail of the connection point between the transmission elements and the rotor shaft.
- Figure 11 illustrates an enlarged detail of all elements connected directly to the transformation of mechanical energy into electrical energy;
- Figure 12 illustrates an enlarged detail of the support base of all elements connected directly to the power generation assembly
- Fig. 13 illustrates an enlarged detail taken from Fig. 11;
- Figure 14 illustrates an enlarged detail of the mass disk responsible for sustaining the primary inertial movement of the rotor shaft
- Figure 15 illustrates an enlarged detail of the supporting structure of the elements responsible for the generation of mechanical energy
- the mechanism for generating electrical energy by the fall of a weight element which is generally indicated by the reference "M” comprises a set of mechanical elements by means of which the weight element 7 is raised by the force of a motor motor 39;, until the height of release falling accelerated in free fall on the cradle 8.
- a structure which is composed of support pins 9 mounted on an internal base 10 which is responsible for cushioning the impact of the fall of the weight element 7 , which focuses on the cradle 8, further having an external base 11, which serves to support all the elements of said structure.
- a transmission assembly composed of an anvil 12, which lends itself directly to the impact of the fall of the weight element 7, is mounted vertically from the ground upwards.
- transmission arm end 13 which then carries out the transmission movement, with pin support 14, which aligns it within a guide structure 15, which supports a set of devices which are defined as spring 25, responsible for the upward movements.
- the clutch 16 which in turn comprises an arm 17, a lock 18 and a lock base 19, which have the function of ensuring the torque or torque on the rotor shaft 24 in its primary slow motion which in essence it is the movement transmitted through an elastic coupling 22, to be accelerated by the gearbox 21, to finally be harnessed to generate electricity in alternator 20.
- the mechanism "M” treated herein also comprises a set of concrete bases 34, designed to withstand the loads and the sustaining fall of the weight elements 7, and the alignment of the electric power generation devices, namely the rotor shaft. 24, which performs its rotational movement using bearings or bearings 23, which are mounted directly on the supports to the generation assembly 26.
- the primary slow motion of the rotor shaft 24 is ensured by the coupling of a mass disc 27, which serves to keep the angular motion of the rotor shaft 24 at low rotation, thus allowing this movement to be accelerated for a further rotation. It is raised by means of a gearbox 21 which connects to the rotor shaft 24 by means of an elastic coupling 22 which is driven to drive the electric generator 20.
- the mechanism proposed herein provides that the weight element 7 can be raised to its release height, operation for which a mechanical lifting system composed of a support structure 35 mounted on a fixed base 2 by means of a plate 38 Cable 45, used to lift the weight element 7A, attaches to a belt 46 which is supported by a crown support 47 to guide and align its movement;
- the drive belt 46 is immobilized coinciding with the maximum lift of the weight element 7 and the programmed shutdown of the motor 39, which is directly connected to the set of elements composed of a fixing plate 44 used to join the elements enabling the transmission of engine power 39 which is powered by batteries 49 which in turn are powered by chargers 50;
- motor force 39 is transmitted to the speed reducer 41 used to assist in the ascending speed of weight element 7 by means of an elastic coupling 40;
- the reducer 41 in turn connects to a clutch 42 which serves to transmit the force in one direction to allow the upward movement of the weight element 7 and free fall, allowing the weight element 7 to be lowered
- the drive chain 46 pulls the weight element 7 supported by a drive ring 47 which is used to circulate the belt 46 and to pull the cable 45, which circulates by pulleys 48 to the rod 36 which It is guided by a ring 37 in its downward and upward travel.
- the mechanism "M” described herein operates in an automated assembly comprising successive up and down cycles of the weight elements 7, generating mechanical movement about a rotor shaft 24, which movement is then conveniently harnessed to generate electrical energy.
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- Power Engineering (AREA)
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Abstract
Mecanismo de geracao de energia electrica pela queda de um elemento de peso o qual é indicada pela referência numérica "M" e é caracterizado pelo fato de empregar energia cinética de um elemento de peso (7) ou (7A) que em queda livre é acelerado pela força de gravidade para impor a um batente (12), um movimento cinético que é transmitido a um braço de transmissão (13), o qual está conectado a uma embreagem(16) posicionada por cima de uma mola(25); o elemento de peso (7) ou (7A) é passível de ser capturado e ser verticalmente deslocado para cima, por meio de um atuador pneumático ou mecanismo mecânico montado sobre uma base fixa(2), que por seu lado conecta verticalmente hastes guias externas (5), os quais estão alinhados as hastes guias internas (6), que se prestam a amparar a queda do elemento de peso (7) ou (7A) sobre o berço (8); para a captura e elevação do elemento de peso, pode ser usado um eletroímã (4) que está ligado a uma base móvel (3) suportada verticalmente por uma base fixa(1 ); nos casos de elevadas massas, o elemento de peso é ligado a haste do atuador ou ao mecanismo de elevação mecânico ficando estes, responsáveis por elevá-lo até a altura da sua soltura, não sendo nestes casos necessário captura-lo eletromagneticamente; a porção inferior da mecanismo "M", inclui ainda batente (12) que recebe diretamente o movimento devido ao impacto e é conduzido pelo braço de transmissão vertical (13), por meio de estrutura guia(16) que possui pinos(14) os quais permitem que o movimento seja transmitido a uma embreagem (16) composta por um braço (17), uma trava (18) e uma base de trava (19) elementos que auxiliam a realização do torque mecânico ou binário sobre o eixo rotor (24), que por seu lado acopla um disco de massa(27) que se presta a conservar o movimento inercial de baixa rotação do eixo rotor(24), com recurso a mancais(23), posicionados sobre suportes ao conjunto de geração(26), movimento este que é transmitido a uma caixa multiplicadora de velocidades(21 ), por meio de um acoplamento elástico(22), que o acelera para acionar o gerador elétrico (20); Para garantir a elevação do elemento de peso, usa- se um mecanismo mecânico com uma estrutura de sustentação(l ), que permite a conexão de todos elemento que fazem o movimento do elemento de peso para cima por meio de um (), começando pelo uso do motor () que faz a forca até ao final de cada ciclo ascendente ou finalmente desliga-se automaticamente; motor este que fica ligado ao redutor (..) por meio de um acoplamento elástico () e uma embreagem(...) ligada a coroa de transmissão (), que por seu lado fica diretamente ligada a uma corrente () e a um cabo() que circula por meio de polias(..), que fazem a passagem do cabo para o elemento de peso(7A), por meio de braço (), fixado na base (32) onde esta fixado um anel de guia (31 ).
Description
DESCRIÇÃO
"MECANISMO DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA PELA
QUEDA DE UM ELEMENTO DE PESO ".
O presente relatório descritivo trata de um pedido de patente de invenção que propõe uma máquina especialmente desenvolvida para o emprego na geração de energia mecânica dada pela ascensão e queda de um elemento de peso, que pode ser então aproveitada para o acionamento de dispositivos geradores de energia elétrica.
Como é do conhecimento geral a geração de energia, especialmente energia elétrica pode estar baseada em diversos princípios amplamente utilizados, entre os quais estão: a geração hidroelétrica, termoelétrica, fotovoltaica, eólica, geotérmica, solar, energia marinha e nuclear.
A energia obtida por princípio hidroelétrico é uma das mais difundidas e consiste em represar um rio criando assim um grande lago, onde a água é armazenada para então ser liberada, em condição de desnível, para alimentar uma turbina que ao ser girada aciona diretamente um gerador elétrico.
As hidroelétricas são formas relativamente simples de obtenção de energia, mas apresentam alguns inconvenientes entre os quais demandam o alagamento de grandes áreas implicando em impacto ao meio ambiente, necessidade de remoção e realocação de populações, entre outras.
As termoelétricas são uma outra forma de geração de energia bastante difundida, segundo a qual um combustível (que
pode ser gás, carvão, óleo diesel, etc.) é queimado em uma caldeira para então, com o calor produzido ser gerado vapor que sob pressão é direcionado a uma turbina. O giro da turbina é então aproveitado para acionar um gerador elétrico, que converte a força mecânica proveniente da turbina em energia elétrica aproveitável.
Apesar de relativamente menos onerosas quando comparadas às hidroelétricas, as usinas termoelétricas apresentam uma série de fatores negativos que incluem: a) a necessidade de suprimento constante de combustível; b) severos impactos ambientais decorrentes inicialmente das actividades relacionadas à própria produção dos combustíveis utilizados (mineração - no caso do carvão mineral, prospecção - no caso do petróleo, desmatamento - no caso de queima de material vegetal, etc); c) impactos ambientais decorrentes também da geração de poluentes e gases de efeito estufa que são lançados na atmosfera, especialmente no caso das usinas que queimam carvão e óleo, d) contribuição negativa na alteração ambiental em face de promoverem fenómenos como a chuva ácida. A energia fotovoltaica consiste na utilização de painéis solares produzidos com revestimentos que ao serem expostos à luz do sol respondem com a produção de uma pequena corrente eléctrica, a qual pode ser acumulada em bancos de baterias, ou diretamente empregue.
A energia solar, apesar de ser uma energia limpa e renovável apresenta também alguns inconvenientes, entre os quais estão: a) a pouca eficiência dos painéis solares, exigindo assim
grandes áreas para produzir um volume de energia efetivamente útil; b) elevado custo de produção dos painéis, os quais podem empregar materiais nobres; c) dependência das condições meteorológicas em especial a predominância de céu limpo; d) incapacidade de geração durante a noite ou em dias nublados.
A energia eólica é também um tipo de energia limpa e renovável e sua utilização tem verificado um grande aumento em tempos mais recentes. O uso em larga escala da energia eólica em termos modernos tem demandado a criação de grandes plantas normalmente denominadas como parques eólicos ou fazendas de vento, onde vários aerogeradores são instalados em uma área sendo então conectados a uma rede eléctrica centralizada que recebe a energia produzida e a distribui para alimentar, normalmente uma pequena localidade.
Os aerogeradores modernos são máquinas complexas, de alto custo e que exigem uma produção criteriosa, posto que não raro o rotor (que normalmente conta com três pás) pode ter cem metros ou mais de diâmetro, devendo o conjunto mecânico do aerogerador ser montado no alto de uma torre que pode ter dezenas de metros de altura.
A energia eólica assim definida, apesar dos seus claros e óbvios aspectos positivos, também apresenta inconvenientes entre os quais estão: a) alto custo da fabricação dos aerogeradores; b) emprego de mão-de-obra especializada na fabricação dos mesmos; c) alto custo de instalação e manutenção dos parques eólicos; d)
criterioso levantamento do local de instalação, posto que o equipamento fica dependente dos regimes de vento; e) geração de ruído oriundo da rotação do rotor demandando que a instalação do equipamento tenha que ser feita em locais retirados.
A energia geotérmica e também um tipo particular de energia limpa e renovável e que está baseada no aproveitamento de condições geológicas específicas, no caso a presença de fontes termais. As fontes termais são afloramentos de calor proveniente do centro da terra e que por questões de formação geológica estão mais próximas à superfície.
O aproveitamento da energia geotérmica implica na construção de uma instalação complexa que visa bombear água para o subsolo, onde a mesma é aquecida até virar vapor sob pressão que é então coletado, canalizado e diretamente utilizado para acionar uma ou mais turbinas que estão diretamente conectadas a respectivos geradores eléctricos.
A energia geotérmica apresenta uma enorme lista de vantagens, pois constitui uma forma barata de produzir energia eléctrica e ainda por não depender de condições climáticas específicas. Os inconvenientes relacionados ao emprego da energia geotérmica estão por conta de que sua instalação depende de condições geológicas especificas e relativamente raras. Outro aspecto negativo é o custo inicial de implantação da usina bem como sua operação e manutenção por pessoal especializado.
O emprego da energia solar pura (diferentemente do verificado no caso da energia fotovoltaica) é um recurso energético
relativamente pouco explorado e consiste basicamente na criação de uma planta composta por um grande número de heliostatos que são grandes espelhos automatizados e que contam com motorização que lhes permite manter alinhamento constante com o sol de modo que a luz solar seja direcionada e incidida sobre um trocador de calor que fica instalado em uma torre elevada, normalmente no centro da área coberta pelos heliostatos.
A torre onde fica montado o trocador de calor é normalmente uma grande estrutura de Betão, com dezenas de metros de altura, no alto da qual há um nicho onde o trocador de calor fica exposto. A concentração da luz proveniente dos heliostatos faz com que o trocador de calor seja aquecido a várias centenas de graus centígrados, o que faz com que o óleo que circula no seu interior seja igualmente aquecido, sendo então enviado a um outro trocador de calor, onde esse calor é então diretamente transferido para uma caldeira que gera vapor em alta pressão e temperatura. O calor produzido é então empregue para acionar uma turbina, a qual, por sua vez, aciona um gerador elétrico.
As poucas usinas solares que operam pelo princípio acima descrito geram energia de forma limpa e renovável, mas da mesma forma que o verificado nas usinas fotovoltaicas, também apresentam inconvenientes, tais como: a) são dependentes das condições climáticas (céu claro); b) não produzem energia durante o período noturno; c) apresentam alto custo de instalação e manutenção; d) ainda com relação à manutenção, há também a necessidade de um especial cuidado com a limpeza dos heliostatos, uma vez que a
eficiência dos mesmos cai na proporção em que suas superfícies espelhadas passam a acumular poeira e outros materiais ou sujidades.
O emprego do mar como fonte de geração de energia é uma realidade ainda em fase de desenvolvimento e apresenta uma série de diferentes soluções. Uma destas soluções consiste em construir paredões rochosos que terminam no mar um tubo vertical (normalmente de Betão), o qual tem uma boca inferior semi-submersa, ao passo que no extremo superior é montado um ou mais rotores normalmente denominados como Turbina de Wells. Uma Turbina de Wells é um tipo particular de turbina que pode ser acionada por um fluxo de ar que chega à mesma por qualquer dos dois sentidos em relação ao seu eixo. A Turbina de Wells pode então ser acionada por um fluxo de ar em um sentido e também ser acionada por um fluxo de ar em sentido oposto, sendo que em qualquer um dos casos o rotor da turbina sempre gira no mesmo sentido.
A aplicação das Turbinas de Wells em unidades de geração de energia a partir do mar se deve pelo fato de que o fluxo constante de idas e vindas das ondas faz com que a água adentre a boca inferior do tubo no alto do qual está a Turbina de Wells.
A entrada de água pela boca do tubo provoca um deslocamento de ar dentro do tubo forçando esse ar a subir e nesse movimento de subida provoca o giro do rotor da turbina. No momento seguinte, quando o mar recua, o volume de água na porção inferior do tubo também recua e cria uma condição de baixa pressão, que suga para dentro do tubo e através do rotor da turbina, o ar ambiente. O ar que entra pelo tubo aciona também a turbina e esse ciclo de fluxo de ar
entrando e saindo do tubo mantém a Turbina de Wells em constante rotação. A rotação da Turbina de Wells é aproveitada para promover o acionamento de um gerador elétrico, o qual produz então uma quantidade de energia que pode ser aproveitada.
Outra forma de aproveitamento da energia do mar que tem sido testada consiste em aproveitar a subida da maré conduzindo a água do mar para um grande reservatório (lagoa) ao nível do solo, sendo que a entrada e saída da água desse reservatório é feita por um único local, onde é montada uma turbina. Assim, quando a água da maré sobre e adentra ao reservatório passa pela turbina e promove a sua rotação. No recuo da maré, a água escoa para fora do reservatório e também aciona a turbina. Dessa forma a energia é gerada tanto quando a maré sobe, como também quando a maré desce.
Esse tipo de solução apesar de ser ecologicamente interessante depende de características e particularidades do local, posto que há a necessidade da existência de uma lagoa ou a criação de uma. Por outro lado a energia gerada é resultado direto da proporção do volume de água movimentado tanto na entrada, como também na saída da água da maré e por esse motivo não há como se expandir o potencial de geração. A energia nuclear, uma das várias opções contempladas no estado da técnica é sem dúvida a mais polémica, posto que obviamente demanda a produção, manuseio e descarte de material radioativo, implicando a sérios riscos ao meio ambiente como
um todo.
Nas usinas nucleares convencionais, um reator carregado de material radioativo na forma de barras de combustível, é posto em reação e empregado para aquecer água que faz parte do seu circuito primário. Essa água, por entrar em contato direto com o núcleo do reator acaba sendo contaminada e por tal motivo não pode ser liberada para o ambiente, motivo pelo qual circula em circuito fechado e passa por um trocador de calor, onde água não contaminada entra em contato com a energia térmica da água do circuito primário. A água do circuito secundário não contaminada é então aquecida até o ponto de virar vapor, o qual é conduzido a uma turbina que ao ser acionada movimenta um gerador elétrico.
Apesar de não ser dependente de fatores climáticos, a energia nuclear apresenta sérios problemas todos decorrentes da natureza do tipo de material com o qual opera. Assim sendo, e tal como já foi dito, o combustível nuclear que é utilizado deve ser inicialmente fabricado, utilizado e após atingir o término do seu tempo de vida, deve ser adequadamente armazenado. Na maioria das usinas atuais as varetas de combustível já gasto (ainda com altíssima temperatura), devem ser permanentemente mantidas dentro de um tanque de água análogo a uma gigantesca piscina, onde as mesmas são mantidas por um período não inferior a dez anos, para que percam um pouco da sua temperatura.
Por outro lado as usinas nucleares demandam a utilização de tecnologia avançada para a sua operação, tecnologia essa que embora minimize, não elimina a possibilidade de acidentes.
Os acidentes de Three Mile Island, nos Estados Unidos em 1979, de Chernobil, na Ucrânia em 1986, e mais recentemente o de Fukushima, no Japão em 201 1 são alguns exemplos do alto nível de risco que ronda a geração de energia através de usinas nucleares, sendo por esse motivo fonte de resistência por parte das populações dos mais variados países que temem possíveis acidentes.
Em face dos inconvenientes verificados nos sistemas de geração de energia acima descritos foi desenvolvida a máquina de geração de energia elétrica pela queda de um elemento de peso, a qual está baseada em um princípio autónomo, que não emprega a queima de combustíveis, aproveitamento de recursos naturais, utilização de energia solar, manuseio de material nuclear, etc.
O mecanismo de geração de energia elétrica pela queda de um elemento de peso, aqui proposto, é uma continuidade de um pedido com o número PCT/IB2013/050452, e está baseada no aproveitamento do factor de aceleração da gravidade que é utilizada para provocar, naturalmente, a queda de um elemento de peso, que é inicialmente elevado até uma altura de soltura. Esse elemento de peso é representado, preferencialmente, por uma esfera metálica, mas pode ter outra forma geométrica.
Consoante as conveniências técnicas, fundamentalmente demandas por potência, pelo aumento da massa do elemento de peso, a sua elevação pode consistir na
utilização dois processos diferentes. Num primeiro processo, usa-se um atuador de dupla ação, que exerce a sua força nos dois sentidos, sendo que na ponta da sua haste fica montado um eletroímã, que, ao ser magnetizado, é capaz de capturar o elemento de peso quando este se encontra em repouso sobre o seu berço. Uma vez capturado, o elemento de peso é então elevado até a sua altura de soltura, que acontece pela desmagnetização do eletroímã, permitindo que o elemento de peso desça, em queda livre, verticalmente sobre o berço. No processo de atuador de ação simples, a haste do atuador fica ligada diretamente ao elemento de peso. Neste caso, uma vez acionado, o atuador pneumático promove o deslocamento do elemento de peso para cima. Ao atingir a altura de soltura, o atuador abre uma válvula de escape rápido e solta todo ar, permitindo que a sua haste em conjunto com elemento de peso, desçam em queda livre, verticalmente sobre o berço.
No centro do berço, existe uma abertura onde fica posicionado um braço de transmissão vertical que é conectado, por sua vez, a elementos mecânicos, que aproveitam o deslocamento da queda do elemento de peso para produzir energia mecânica.
O mecanismo de geração de energia elétrica pela queda de um elemento de peso, aqui proposta, deve ser montado em linha, mediante automatização, para garantir que num conjunto de células de força, seja possível a obtenção de uma frequência alternada de quedas de vários elementos de peso, de modo a garantir uma rotação constante do eixo rotor.
O mecanismo de geração de energia elétrica pela queda de um elemento de peso, objeto deste pedido, de patente de invenção poderá ser entendido em todos os seus particulares através da descrição pormenorizada que será feita com base nas figuras abaixo relacionadas, nas quais:
A figura 1 ilustra uma vista em perspectiva geral frontal do mecanismo em questão;
A figura 2 ilustra uma vista em perspectiva geral traseira do mecanismo ora tratado;
A figura 3 ilustra um detalhe ampliado, onde estão retratados todos os elementos envolvidos na geração da energia mecânica, que é devida a queda do elemento de peso, mais especificamente num detalhe deste elemento, devidamente amparado por suas guias verticais e em afastamento do eletroímã;
A figura 4 ilustra um detalhe ampliado, onde estão retratados todos os elementos envolvidos na geração da energia mecânica, mais especificamente num detalhe do elemento de peso em posição de elevação;
A figura 5 ilustra uma vista em perspectiva da estrutura e suporte do mecanismo de elevação do elemento de peso;
A figura 6 ilustra de todos os elementos que integram o sistema de elevação do elemento de peso;
A figura 7 ilustra esquematicamente a parte superior dos elementos mecânicos responsáveis por aproveitar diretamente o movimento criado pela queda do elemento de peso, para o funcionamento do mecanismo aqui tratado;
A figura 8 ilustra uma vista esquemática de um batente responsável pelo recebimento e transmissão do movimento diretamente para o eixo rotor;
A figura 9 ilustra um detalhe ampliado do ponto de ligação entre os elementos de recebimento da força e de transmissão para a mola";
A figura 10 ilustra um detalhe ampliado do ponto de ligação entre os elementos de transmissão e o eixo rotor"; A figura 1 1 ilustra um detalhe ampliado de todos os elementos ligados diretamente transformação da energia mecânica em energia eléctrica;
A figura 12 ilustra um detalhe ampliado da base de sustentação de todos os elementos ligados diretamente ao conjunto de geração de energia eléctrica ;
A figura 13 ilustra um detalhe ampliado, tomado da figura 1 1 ;
A figura 14 ilustra um detalhe ampliado do disco de massa, responsável por sustentar o movimento inercial primário do eixo rotor;
A figura 15 ilustra um detalhe ampliado da estrutura de sustentação dos elementos responsáveis pela geração da energia mecânica ;
De conformidade com o quanto ilustram as figuras
acima relacionadas, o mecanismo de geração de energia elétrica pela queda de um elemento de peso, objecto deste pedido de patente, que é indicada de modo geral pela referência "M" compreende um conjunto de elementos mecânicos por meio dos quais o elemento de peso 7 é elevado pela forca de um motor motor 39;, ate a altura de soltura caindo acelerado em queda livre sobre o berço 8.
Para amparar a queda do elemento de peso 7 do mecanismo aqui tratado, está contemplado ainda, uma estrutura que é composta por pinos de amparo 9, montados sobre uma base interna 10, que é responsável por amortecer o impacto da queda do elemento de peso 7, que incide sobre o berço 8, possuindo ainda uma base externa 1 1 , que serve para sustentar todos os elementos da referida estrutura .
Da parte inferior do mecanismo "M" aqui tratado, partem, verticalmente do solo para cima, um conjunto de transmissão composto por batente 12, que se presta a receber diretamente o impacto da queda do elemento de peso 7, batente este que é montado na ponta de braço de transmissão 13, que realiza então o movimento de transmissão, com suporte de pinos 14, que o alinham dentro de numa estrutura guia 15, a qual sustenta um conjunto de dispositivos que são definidos como mola 25, responsável pelos movimentos cima- baixo da embreagem 16, composta por seu lado por um braço 17, uma trava 18 e uma base de trava 19, elementos que têm a função de garantir a realização do torque ou binário sobre o eixo rotor 24, no seu movimento lento primário, que em essência é o movimento transmitido por meio de um acoplamento elástico 22, para ser acelerado pela caixa multiplicadora de velocidades 21 , para finalmente ser aproveitado gerar energia elétrica no alternador 20.
O mecanismo "M", aqui tratado, contempla também um conjunto de bases de betão 34, destinados a suportar as cargas e a sustentação da queda dos elementos de peso 7, e ao alinhamento dos dispositivos de geração de energia elétrica, designadamente o eixo rotor 24, que realiza o seu movimento rotacional mediante o uso de rolamentos ou mancais 23, que são montados diretamente sobre os suportes ao conjunto de geração 26.
A movimento lento primário, do eixo rotor 24, é garantido pelo acoplamento de um disco de massa 27, que serve para manter a inércia do movimento angular do eixo rotor 24, em baixa rotação, permitindo assim que este movimento seja acelerado para uma rotação mais alta, por intermédio de uma caixa multiplicadora de velocidades 21 , que se liga ao eixo rotor 24, por meio de um acoplamento elástico 22, movimento este que é conduzido para acionar o gerador elétrico 20.
O mecanismo aqui proposto prevê que o elemento de peso 7, pode ser elevado até altura de sua soltura, operação para a qual concorre um sistema de elevação mecânico composto por uma estrutura de sustentação 35 montada sobre uma base fixa 2 por meio de uma placa 38. O cabo 45, usado para elevar o elemento de peso 7A, liga-se a uma correia 46 que circula com suporte de uma coroa 47 para conduzir e alinhar o seu movimento; no sistema de puxada mecânica, ao atingir-se o ponto de soltura do elemento de peso 7, a correia de transmissão 46, é imobilizada coincidindo tal estágio com elevação máxima do elemento de peso 7 e a desativação programada do motor 39, que está diretamente ligada ao conjunto de elementos compostos por uma placa de fixação 44 usada para unir os elementos
que permitem a transmissão da força do motor 39, que é alimentado por baterias 49 que por seu lado são alimentadas por carregadores 50; a força do motor 39 transmite-se para o redutor de velocidades 41 usado na ajudar na velocidade de ascensão do elemento de peso 7, por meio de um acoplamento elástico 40; por seu lado, o redutor 41 conecta-se a uma embreagem 42 que serve para fazer transmissão da força num só sentido, de modo a permitir o movimento de subida do elemento de peso 7 e a queda livre, deixando o elemento de peso 7 ser acelerado pela força de gravidade. Assim, a corrente de transmissão 46 realiza a puxada do elemento de peso 7 com suporte de uma coroa de transmissão 47 que é usada para fazer circular a correia 46 e puxar o cabo 45, que circula por meio de polias 48 até a haste 36 que é guiada por um anel 37 em seu deslocamento para baixo e para cima.
O mecanismo "M", aqui descrito, funciona num conjunto automatizado, compreendendo sucessivos ciclos de ascensão e queda dos elementos de peso 7, gerando um movimento mecânico sobre um eixo rotor 24, movimento que é então convenientemente aproveitado para gerar energia elétrica.
Claims
1 .-" MECANISMO DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA PELA QUEDA DE UM ELEMENTO DE PESO", a qual é indicada pela referência "M" e é caracterizada pelo fato de empregar energia cinética de um elemento de peso (7) em queda, acelerado pela força de gravidade, para impor a um batente (12) um impacto capaz de gerar um movimento mecânico, que é transmitido a um braço de transmissão vertical (13), alinhado no interior de uma estrutura guia(16) por intermédio de pinos(14) os quais permitem que o movimento seja alinhado e transmitido a uma embreagem (16) composta por um braço (17), uma trava (18) e uma base de trava (19) elementos que auxiliam a realização do torque mecânico ou binário sobre o eixo rotor (24); para amparar e alinhar a queda do elemento (7), sobre um berço (8) que é suportado por pinos de amparo (9), posicionados sobre uma base interna (10) que fica montado sobre uma base externa (1 1 ) que se movimenta com apoio de hastes guias externos (5), os quais estão alinhados a hastes guias internos (6), que se prestam a amparar elemento de peso (7), no seu movimento de queda livre sobre o berço (8). A porção inferior da mecanismo "M", contempla também um conjunto de bases de betão (34), destinados a sustentar os cargas e os elementos responsáveis pela ascensão e queda dos elementos de peso (7), e a alinhar os dispositivos de geração de energia elétrica, designadamente o eixo rotor (24), que realiza o seu movimento rotacional mediante o uso de rolamentos ou mancais (23), que são montados diretamente sobre os suportes ao conjunto de geração (26).
A porção inferior da mecanismo "M", inclui ainda um
disco de massa(27) que se presta a conservar o movimento inercial de baixa rotação do eixo rotor (27), movimento este que é transmitido a uma caixa multiplicadora de velocidades(21 ), por meio de um acoplamento elástico(22), sendo de este movimento de seguida acelerado para acionar o gerador elétrico (20) ;
2. -" MECANISMO DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA PELA QUEDA DE UM ELEMENTO DE PESO", de acordo com a reivindicação número 1 , caracterizada pelo fato de que o mecanismo "M" compreende o movimento ascendente, para a posterior soltura do elemento de peso (7), que possui uma anilha de união(4) elemento que é elevado pela força do motor(35), até a altura de soltura onde cai acelerado pela força de gravidade para ser amparado por mecanismos que são definidos, como uma base móvel (3) posicionada por baixo de uma base fixa (2), usada para suportar e alinhar a queda do elemento de peso (7), sobre berço (8), berço este posicionado por pinos de amparo (9), montados sobre uma base interna (10); a base móvel (3) movimenta-se com apoio de hastes guias externas (5), os quais estão alinhados as hastes guias internas (6), que se prestam a amparar a queda do elemento de peso (7), sobre o berço (8); a estrutura do mecanismo "M" conta ainda, uma base superior (2), sobre a qual é montada estrutura de sustentação(35).
3. -" MECANISMO DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA PELA QUEDA DE UM ELEMENTO DE PESO", de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que o elemento de peso (7), pode ter qualquer forma geométrica, além da esférica.
4.-"MECANISMO DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA PELA QUEDA DE UM ELEMENTO DE PESO", de acordo com a reivindicação número 1 , caracterizada pelo facto de que o funcionamento da mecanismo (M), aqui tratado, prevê que o elemento de peso (7), pode ser elevado até altura de sua soltura, operação para a qual concorre um sistema de elevação mecânico composto por uma estrutura de sustentação(35) montada sobre uma base fixa(2) por meio de uma placa(38). O cabo (45), usado para elevar o elemento de peso (7), liga-se a uma correia (46) que circula com suporte de uma coroa(47) para conduzir e alinhar o seu movimento; no sistema de puxada mecânica, ao atingir-se o ponto de soltura do elemento de peso(7), a correia de transmissão (46), é imobilizada coincidindo tal estágio com elevação máxima do elemento (7) e a desativação programada do motor (39), que está diretamente ligada ao conjunto de elementos compostos por uma placa de fixação(44) usada para unir os elementos que permitem a transmissão da força do motor(39), que é alimentado por baterias(49) que por seu lado são alimentadas por carregadores(50); a força do motor (39) transmite-se para o redutor de velocidades(41 ) usado na ajudar na velocidade de ascensão do elemento de peso (7), por meio de um acoplamento elástico (40); por seu lado, o redutor (41 )conecta-se a uma embreagem (42) que serve para fazer transmissão da força num só sentido, de modo a permitir o movimento de subida do elemento de peso (7) e a queda livre, deixando o elemento de peso (7) ser acelerado pela força de gravidade. Assim, a corrente de transmissão (46) realiza a puxada do elemento de peso (7) com suporte de uma coroa de transmissão (47) que é usada para fazer circular a correia(46) e puxar o cabo (45), que circula por meio de polias (48) até a haste
(36) que é guiada por um anel(37) em seu deslocamento para baixo e para cima.
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