BRPI0621597A2 - sistema eólico para converter energia através de perfis de asa de potência e processo para produzir energia elétrica através de tal sistema - Google Patents

Abstract

SISTEMA EóLICO PARA CONVERTER ENERGIA ATRAVéS DE PERFIS DE ASA DE POTêNCIA E PROCESSO PARA PRODUZIR ENERGIA ELéTRICA ATRAVéS DE TAL SISTEMA.A presente invenção refere-se a um sistema eólico para converter energia que compreende pelo menos um perfil de asa de potência (30) o qual pode ser dirigido do solo imerso em pelo menos uma corrente eólica (W) e uma plataforma básica (1) para controlar o perfil de asa (30) e gerar energia elétrica colocada no nível do solo e conectada através de duas cordas (2) no perfil de asa de potência (30), tal plataforma básica (1) estando adaptada para dirigir o perfil de asa (30) e gerar a energia elétrica, tais duas cordas (2) estando adaptadas para transmitir as forças do e para o perfil de asa (30) e serem utilizadas tanto para controlar uma trajetória de vóo do perfil de asa (30) quanto para gerar energia. Um processo está adicionalmente descrito para produzir energia elétrica através de tal sistema eólico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA EÓLICO PARA CONVERTER ENERGIA ATRAVÉS DE PERFIS DE ASA DE POTÊNCIA E PROCESSO PARA PRODUZIR ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE TAL SISTEMA".

A presente invenção refere-se a um sistema eólico para conver- ter energia através de pelo menos um perfil de asa de potência. A presente invenção ainda refere-se a um processo para produzir energia através de tal sistema.

Como é conhecido, no passado o problema foi tratado para pro- duzir eletricidade a baixo custo pela exploração de fontes de energia reno- váveis; especificamente, em algumas patentes anteriores abaixo descritas, processos foram propostos para converter a energia eólica e diferentes dis- positivos os quais subtraem a energia eólica do vento através de perfis de asa de potência (geralmente designados com o termo "pipa").

Especificamente, a Patente U.S. Número 4.124.182 descreve um dispositivo equipado com ""parakite"" (ou "pára-quedas modificado") para capturar a energia eólica e convertê-la em um movimento rotativo de um ei- xo o qual atua um gerador. Este dispositivo está caracterizado por um par de "trens de "parakite"" no qual os perfis de asa estão dispostos em série. Cada trem está equipado com uma corda de potência. Tais cabos são longos o bastante para permitir que os trens de "parakite" atinjam alturas nas quais ventos mais fortes e mais uniformes sopram em relação àqueles os quais sopram no nível da superfície da terra. Cada trem está constrito através de sua corda de potência correspondente a um tambor ou um guincho cuja di- reção de rotação pode ser alternada de modo e rebobinar as cordas ou per- mitir o desbobinamento das cordas devido à tração das correntes eólicas. Cada trem de "parakite" está equipado com uma segunda corda, denomina- da "corda de capa", conectada a cada perfil de asa do trem e através da qual é possível fechar seletivamente o "parakite" para tornar o procedimento de rebobinamento mais fácil. Através de um redutor, o movimento rotativo de cada guincho é transferido para um gerador o qual, quando atuado, produz eletricidade. Existe um único sistema de polias o qual, através de embrea- gens e rodas, permite que, enquanto um trem de "parakite" ascende, o outro é recuperado. A energia eólica capturada é portanto convertida em energia mecânica a qual é parcialmente imediatamente consumida para recuperar o trem de "parakite" cuja capa foi fechada, e parcialmente convertida em ener- gia elétrica. Através de um balão aerostático constrito a cada trem e inflado e desinflado a cada ciclo de operação, os parakites são mantidos a uma altitu- de desejada e a capa com uma orientação fixa.

A Patente Chinesa CN Número 1.0520723 descreve um gerador de corrente eólica equipado com um par de pipas através das quais a tração exercida pelas correntes eólicas é convertida, através de cordas de alta re- sistência, em rotação de um tambor colocado no nível do solo. O guincho atua um motor hidráulico através do qual a produção de corrente ocorre.

A Patente Britânica GB Número 2.317.422 descreve um disposi- tivo equipado com múltiplos perfis de asa o qual, devido ao efeito de ação de vento, gira um eixo vertical conectado a um gerador para produzir corrente. Os perfis de asa são empurrados pelo vento executando um percurso circu- lar no plano horizontal. Cada perfil está equipado com um dispositivo o qual é capaz de modificar o ângulo de ataque de modo a garantir a continuidade1 de vôo.

A Patente U.S. Número 6.072.245 descreve um dispositivo para explorar a energia eólica composto de múltiplas pipas conectadas a cordas as quais formam um anel. As pipas são acionadas de modo a alternar um percurso ascendente e um percurso descendente determinando um movi- mento de anel rotativo sempre ao longo da mesma direção. Cada pipa está conectada a uma corda de potência para transmitir a energia mecânica e a um sistema para acionar as cordas para ajustar o ângulo de ataque de vento de cada perfil. A corda de potência determina a rotação de polias através das quais a produção de eletricidade ocorre. As cordas de acionamento são utili- zadas para fazer com que cada pipa assuma uma posição a qual, no percur- so ascendente, permite que o perfil de asa seja arrastado para cima pelo vento, e uma segunda posição no percurso descendente de modo que o per- fil de asa fique sujeito a um empuxo eólico de uma entidade inferior. A Patente U.S. Número 6.254.034 descreve um dispositivo equi- pado com um perfil de asa ("avião cativo") empurrado pelas correntes eóli- cas a uma velocidade controlada, de modo a explorar a energia eólica do vento. O perfil de asa está conectado através de uma corda a um guincho o qual atua um gerador para produzir a energia elétrica. A bordo do perfil, um sistema de acionamento está montado o qual detecta e modifica o ângulo de ataque de vento e modifica a área frontal de vento interceptado. Tal sistema é controlado do solo por um operador que lê em um display os dados trans- mitidos de sensores adequados, ou automaticamente através de um sistema de controle remoto. A pipa é acionada de modo a ascender com o vento a favor com um alto ângulo de ataque. Após terminar a sua ascensão, o ângu- lo de ataque é reduzido e o perfil plana de modo a ir contra o vento. O perfil é recuperado, plana novamente a favor do vento e o ciclo é repetido.

A Patente Holandesa NL 1017171C descreve um dispositivo si- milar ao anteriormente descrito no qual, no entanto, o modo de acionamento manual não está provido, e no qual a recuperação do perfil de asa ocorre pela inclinação da pipa como uma bandeira, de modo a minimizar o empuxo de vento quando rebobinando as cordas.

A Patente U.S. Número 6.523.781 descreve um dispositivo com- posto de um perfil de asa ("pipa de aerofólio") através do qual a energia eóli- ca é capturada, que tem uma borda de entrada, uma borda de saída e duas bordas laterais. Tal perfil é dirigido através de um mecanismo suportado pela própria pipa. Este dispositivo está equipado com cordas conectadas às bor- das de perfil e a pipa é acionada pela modificação, através de tais cordas, do ângulo de inclinação. O mecanismo de acionamento é suprido por cabos elétricos colocados dentro de uma corda de potência a qual conecta a pipa a um guincho o qual atua um gerador para produzir eletricidade. O perfil de asa ascende empurrado pelo vento pela exploração da força de sustentação e descrevendo um percurso quase perpendicular à direção de velocidade do vento. Após ter terminado a sua ascensão, a pipa é recuperada e posterior- mente acionada de modo a capturar novamente o vento.

O Pedido U.S. Número US2005046197 descreve um dispositivo equipado com um perfil de asa ("pipa") para explorar a energia eólica o qual gera eletricidade pela atuação, por meio de cordas, de um guincho conecta- do a um gerador. A pipa é acionada através de cordas adicionais através das quais o ângulo de ataque de vento é modificado. O perfil ascende com um alto ângulo de ataque. Após ter terminado a sua ascensão, o ângulo de ata- que é minimizado e o perfil é recuperado de modo a iniciar o ciclo novamen- te.

Como pode ser notado pela análise da técnica anterior existente, nos sistemas conhecidos os componentes de acionamento de pipa mecâni- cos são diferentes dos componentes de geração de energia e os perfis de asa são dirigidos através de mecanismos os quais estão diretamente insta- lados na pipa ou através de pelo menos quatro cordas auxiliares cujo des- bobinamento e rebobinamento ocorre por meio de guinchos diferentes da- queles utilizados para gerar eletricidade e controlados por sistemas coloca- dos no nível do solo ou suspensos do solo, portanto suportados pela própria pipa.

Mais ainda, em muitos sistemas existentes, o perfil de asa é diri- gido de modo a gerar a eletricidade principalmente explorando a força de arraste (a saber, o componente do empuxo eólico o qual é paralelo à veloci- dade do vento). Em outros sistemas, o ciclo de operação de pipa está carac- terizado pela alternância contínua de uma ascensão a qual ocorre pela ex- ploração da força de sustentação (a saber, o componente do empuxo eólico o qual é perpendicular à velocidade do vento) e uma descida a qual ocorre minimizando tal força.

Mais ainda, nos sistemas existentes, a atenção tem sido focali- zada exclusivamente sobre a chance de produzir eletricidade com continui- dade através de um processo cíclico, negligenciando a realização de possí- veis sistemas os quais permitem a maximização da energia a qual pode ser explorada do vento.

Mais ainda, correntemente a produção de corrente partindo da energia eólica ocorre dentro de usinas por meio de dispositivos imóveis. Com relação à exploração desta energia renovável, portanto, não existem dispositivos os quais podem ser transportados através dos quais é possível produzir corrente em qualquer lugar no qual exista vento. Uma potencialida- de similar, ao contrário, ofereceria enormes vantagens em contextos nos quais a produção de corrente atualmente ocorre exclusivamente através de grupos de continuidade (motores - geradores de combustível), tal como por exemplo nos hospitais de campo.

Correntemente, no entanto, os problemas relativos ao sistema de controle de um perfil de asa de potência estão resolvidos em detalhes em um número extremamente limitado de projetos e pesquisas, principalmente focalizados sobre o aumento de produtividade em sistemas já existentes ao invés do desenvolvimento de novos sistemas de produção energética.

No passado, diferentes disposições também foram propostas, relativas ao reboque de barcos por meio de dispositivos os quais capturam as corrente eólicas através de perfis de asa de potência.

Especificamente, a Patente Britânica GB Número 2.098.951 descreve um dispositivo para rebocar barcos através de um trem de perfis de asa de potência. O lançamento dos perfis ocorre partindo do lançamento de um perfil-piloto o qual iça um par de cordas, as quais operam como guias para lançar os outros perfis. As cordas de guia são desbobinadas até que os perfis de potência tenham atingido uma altura adequada. De modo a impedir que os perfis comecem a oscilar quando ascendendo, alguns destes são abaixados ou rizados antes de serem desdobrados para capturar as corren- tes eólicas. Depois que todos os perfis de potência atingiram a altura ade- quada, a sua ascensão é terminada e o perfil-piloto é recuperado ou puxado para dentro de um tubo de armazenamento colocado na cabeça do trem de perfis de asa de potência.

A Patente U.S. Número 5.056.447 descreve um dispositivo para converter a energia eólica em energia mecânica através de um sistema composto de velas colocadas a diferentes alturas e cuja concavidade está orientada para baixo. Tal dispositivo comporta-se como um perfil de asa de potência arrastado por correntes eólicas ascensionais. Este dispositivo pode ser utilizado para os transportes terrestres, aquáticos ou aéreos, sobre tri- lhos ou para produzir energia elétrica por aletas rotativas as quais atuam um gerador.

A Patente U.S. Número 5.435.259 descreve um dispositivo para explorar as correntes eólicas de alta altitude, para gerar energia elétrica ou para rebocar veículos no solo ou na água. O passageiro a bordo do veículo aciona um sistema composto de perfis de asa de potência o qual comporta- se como um planador comum. O veículo, que opera como uma âncora mó- vel, está equipado com um sistema de controle de prevenção de capotamen- to caracterizado por uma corda de controle enrolada ao redor da seção cen- trai do veículo e uma barra a qual estende-se sobre ambos os lados do veí- culo. Tal barra parece como uma seção de trilho a qual empurra a extremi- dade de corda inferior, a qual ancora os perfis de potência no veículo, para distante dos lados a favor do vento, por meio disto evitando o seu capota- mento. O sistema de perfis de potência está equipado na sua extremidade superior com balões aerostáticos cilíndricos para suportar a carga se existir vento escasso. Tais balões ainda tem turbinas eólicas em suas extremida- des, através das quais a energia elétrica é produzida.

O Pedido de Patente Internacional WO 03097448 descreve um dispositivo para rebocar barcos através de um perfil de asa de potência. Tal dispositivo está equipado com pelo menos uma "corda de controle" através da qual o perfil de asa está conectado no corpo do barco. O ponto de aplica- ção da força transmitida pela(s) corda(s) de controle no corpo do barco é variável dependendo do vento ao longo da direção de avanço do barco. Tal ponto de aplicação de fato desliza dentro de uma guia de perímetro montada sobre o casco do barco de modo a reduzir a inclinação.

O Pedido de Patente U.S. Número US2004035345 descreve um dispositivo para dirigir um perfil de asa de potência ancorado a um barco a- través de pelo menos um par de "cordas de suspensão". O instrumento de controle do perfil de asa compreende um trilho o qual estende-se horizon- talmente abaixo da superfície da água e sobre o qual um dispositivo está montado para desviar as cordas de suspensão o qual é capaz de deslizar ao longo do trilho. Tal guia está constrita ao corpo do barco entre o perfil de asa de potência e o sistema através do qual o perfil é dirigido, de modo que a tração exercida pelo perfil de asa gera um momento ao redor do eixo geo- métrico longitudinal e/ou transversal do barco dentro da água, por meio do qual o vento a favor do barco é empurrado para cima.

O Pedido U.S. Número US2004200396 descreve três métodos através dos quais é possível gerar um empuxo próximo do casco de um bar- co para garantir o seu avanço sobre a superfície da água. O primeiro método consiste em colocar as velas sobre a popa e inciiná-ias na direção do vento (fora do barco), de modo a criar um empuxo. O segundo método consiste em utilizar um perfil de asa de potência ancorado na proa e dirigido de modo a voar alto e na frente do barco, por meio disto gerando uma tração a qual a- vança o barco. O terceiro método consiste em uma quilha equipada com uma ampla placa plana, inclinada para cima de modo a avançar através da água gerando um empuxo o qual tende a levantar o casco. Esta patente também descreve velas revolucionárias feitas de faixas de tecido as quais estendem-se através de uma estrutura a qual parece uma grade. Estas velas são feitas de modo a opor as correntes eólicas quando estas são empurra- das contra a grade e permitem a passagem do vento quando este último so- pra ao longo de uma direção oposta, fazendo com que as faixas de tecido afastem-se da estrutura.

O Pedido Internacional WO 2005100147 descreve um dispositi- vo para rebocar barcos através de um perfil de asa de potência ancorado no casco por meio de uma corda. Tal dispositivo é utilizado como uma unidade de guia exclusiva, auxiliar ou de emergência. O sistema está equipado com um guincho que compreende um meio através do qual a corda é rebobinada e desbobinada. O rebobinamento ocorre quando a tração sobre a corda é insuficiente, ou a velocidade do vento subitamente diminui. O desbobina- mento da corda ocorre quando a carga de corda e/ou a velocidade do vento são excessivas.

O Pedido Internacional WO 2005100148 descreve um dispositi- vo para rebocar barcos através de um perfil de asa de potência ancorado no casco por meio de uma corda. Tal dispositivo é utilizado como uma unidade de guia exclusiva, auxiliar ou de emergência. O perfil de asa é dirigido por um aparelho de controle o qual guia o perfil fazendo-o executar trajetórias helicoidais ou senoidais as quais estendem-se ao longo da direção vertical em relação às correntes eólicas, com um vetor de velocidade perpendicular à velocidade do vento. As diferentes trajetórias ou a condição de vôo estático são selecionadas através do sistema de controle, levando em conta o curso, a direção e a velocidade do vento e o movimento do mar.

O Pedido internacional WO 2005100149 descreve um dispositi- vo para rebocar barcos através de um perfil de asa de potência. Tal disposi- tivo é utilizado como uma unidade de guia exclusiva, auxiliar ou de emer- gência. O perfil de asa está conectado no barco por meio de uma corda a qual abre como um leque em uma série de cabos próximo do perfil de asa. Um sistema de acionamento suportado pelo perfil de asa e conectado a este modifica o ângulo de ataque de vento de modo a ajustar a posição do perfil de asa em relação ao barco.

O Pedido de Patente Alemã DE 102004018814 descreve um dispositivo para rebocar barcos através de um perfil de asa de potência an- corado no casco por meio de uma corda. Tal perfil pode ser dirigido através de um aparelho o qual pode ser montado no azimute, suportado pelo próprio perfil, e através do qual o perfil é guiado pelo barco. O dispositivo está tam- bém equipado com um sistema de recepção o qual suporta o perfil de asa quando o sistema não está operando, e com dispositivos automaticamente disparados através dos quais o perfil é abaixado.

Portanto, o objeto da presente invenção é resolver os problemas da técnica anterior acima provendo um sistema eólico para converter energia através de pelo menos um perfil de asa de potência no qual os componentes de acionamento mecânico do perfil de asa não são diferentes dos compo- nentes de geração de energia.

Outro objeto da presente invenção é prover um sistema eólico para converter energia através de pelo menos um perfil de asa de potência no qual tal perfil é dirigido por um sistema de controle inteligente o qual, quando de cada ciclo de operação, faz o perfil de asa executar um percurso ótimo de modo a otimizar a energia eólica a qual pode ser subtraída do ven- to.

Um objeto adicional da presente invenção é prover um sistema eólico para converter energia através de pelo menos um perfil de asa de po- tência no qual o estorve de seus componentes colocados sobre o solo é tão limitado que o seu transporte é feito possível também com um veículo a mo- tor comum.

Mais ainda, um objeto da presente invenção é prover um pro- cesso para produzir energia elétrica através de um sistema eólico de acordo com a presente invenção, o qual pode ser atuado mais eficientemente em relação ao que está proposto pela técnica anterior.

Os acima e outros objetos e vantagens da invenção, como apa- recerão da descrição seguinte, são obtidos com um sistema eólico para con- verter energia através de um perfil de asa de potência como reivindicado na reivindicação 1.

Mais ainda, os acima e outros objetos e vantagens da invenção são obtidos com um processo para produzir energia elétrica através de um sistema eólico de acordo com a presente invenção como reivindicado na reivindicação 24.

As modalidades preferidas e as variações não triviais da presen- te invenção são o assunto das reivindicações dependentes.

A presente invenção será melhor descrita por algumas suas mo- dalidades preferidas, providas como um exemplo não limitante, com referên- cia aos desenhos anexos, nos quais:

figura 1 mostra uma vista em perspectiva de uma modalidade preferida de um componente do sistema de acordo com a presente inven- ção;

figura 2 mostra outra vista em perspectiva do componente da figura 1;

figura 3a mostra uma vista em perspectiva de uma modalidade preferida de outro componente do sistema de acordo com a presente inven- ção em uma de suas posições de operação; figura 3b mostra uma vista em perspectiva do componente da figura 3a em outra de suas posições de operação;

figura 4 mostra uma vista esquemática do sistema de acordo com a presente invenção e algumas de suas etapas de operação;

figura 5 mostra uma vista esquemática de uma superfície aero- dinâmica estacionária imersa em uma corrente eólica e as forças relativas as quais são geradas;

figura 6 mostra uma vista esquemática de uma superfície aero- dinâmica a qual está livre para mover ao longo da direção perpendicular à velocidade do vento e as forças relativas as quais são geradas; e

figura 7 mostra uma vista em perspectiva esquemática de uma possível aplicação do sistema de acordo com a presente invenção.

Com referência às figuras, é possível notar que o sistema eólico para converter energia de acordo com a presente invenção compreende:

- pelo menos um perfil de asa de potência 30 o qual pode ser dirigido do solo (aqui abaixo, por concisão, também designado com o termo "pipa") imerso nas correntes eólicas para ser capturado. Tal perfil de asa é feito por fibras de tecedura as quais são comumente utilizada para a fabrica- ção de velas específicas para certas atividades esportivas, tais como, por exemplo, surfe e kart. Uma especificação principal a qual caracteriza a pipa é a área de superfície. Graças a recentes estudos aerodinâmicos, perfis de asa estão disponíveis no mercado os quais são capazes de satisfazer certas necessidades em termos de controle e dirigibilidade. Dirigindo adequada- mente um perfil de asa, é possível modular a transferência energética do vento. Especificamente, é possível guiar a pipa 30 ao longo de uma trajetória de vôo levando-a de uma posição na qual a tração exercida pelas correntes eólicas nas quais o perfil de asa 30 está imerso é máxima para uma posição de estol aproximada (a qual pode ser no azimute ou lateral), na qual tal tra- ção é mínima. É ciclicamente alternando uma etapa de tração máxima para uma etapa de um estol apropriado e seguindo uma recuperação que a gera- ção de energia elétrica ocorre, como será abaixo descrito em mais detalhes;

- uma plataforma básica 1, adaptada para dirigir o perfil de asa 30 e converter a energia eólica da corrente eólica em energia elétrica ou mecânica, colocada no nível do solo e conectada através de duas cordas 2 no perfil de asa de potência 30, tais duas cordas 2 estando adaptadas para transmitir forças do e para o perfil de asa 30 e utilizadas tanto para controlar a trajetória de vôo do perfil de asa 30 quanto para transmitir a energia, nos modos os quais seguem. É possível prover muitos perfis de asa de potência 30 mutuamente conectados em série, de modo a somar a tração sobre as cordas 2. Os perfis de asa 30 está de fato conectados na plataforma básica 1 através de um único sistema de cordas 2. Para facilidade, aqui abaixo refe- rência será feita ao caso no qual o sistema eólico de acordo com a presente invenção está equipado com um único perfil de asa 30. O princípio de ope- ração do sistema eólico de acordo com a presente invenção de fato não de- pende do número de perfis de asa 30 os quais são utilizados. A desvanta- gem que deriva da utilização de muitos perfis de asa de potência 30 consiste em aumentar a superfície da frente de vento interceptada por tais perfis e conseqüentemente no aumento da tração sobre os guinchos 3 e a energia elétrica a qual pode ser gerada quando de cada ciclo de operação, como será abaixo descrito em mais detalhes.

Mais ainda, o sistema de acordo com a presente invenção com- preende um sistema de controle inteligente que opera sobre a plataforma básica 1 através do qual o vôo do perfil de asa 30 é automaticamente gover- nado e um sistema de suprimento 12 que coopera com tal sistema de con- trole inteligente para gerenciar o acúmulo e o fornecimento de energia elétri- ca.

O sistema de controle inteligente coopera com um conjunto de sensores com suprimento autônomo colocados sobre o perfil de asa 30 os quais enviam as informações, de preferência em um modo sem fio, para os componentes do solo do sistema de controle inteligente. O sistema de con- trole inteligente integra estas porções de informações com outras informa- ções que vêm de um conjunto de sensores de solo (por exemplo, o valor de corda de carga determinado pela leitura do torque de motor) e executa os processamentos para dirigir automaticamente o perfil de asa 30 durante todo o seu ciclo de operação.

Com referência específica às figuras 1 e 2, é possível notar que a plataforma básica 1 compreende pelo menos dois guinchos 3 sobre cada um dos quais uma respectiva corda 2 é bobinada ou desbobinada, cada um de tais guinchos 3 estando conectado, possivelmente pela interposição de pelo menos um redutor 4, a um gerador/motor elétrico 5. Próximo de cada guincho 3 existe um módulo de guia 6 o qual compele cada corda 2 a ser ordenadamente bobinada sobre o seu respectivo guincho 3 e um sistema de transmissão o qual guia cada corda 2 na direção do perfil de asa 30. O perfil de asa 30 é portanto dirigido desbobinando e rebobinando as cordas 2 sobre os seus respectivos guinchos 3. As cordas 2 são portanto o membro de co- nexão entre a pipa 30 e a plataforma básica 1 e permitem transferir a força entre a pipa 30 e os guinchos 3. Quando a pipa 30 é levantada pelo vento, as cordas 2 determinam a rotação dos guinchos 3 e, conseqüentemente, a conversão de energia por meio dos geradores 5. Ao contrário, durante a re- cuperação da pipa 30, as cordas 2 transmitem para o perfil de asa 30 a ten- são gerada pela rotação dos guinchos 3 por meio dos motores. Obviamente, o comprimento e o diâmetro de cada corda 2 depende do vento e das condi- ções de segurança sob as quais deseja-se operar.

O sistema de transmissão compreende blocos os quais acom- panham as cordas 2 através de polias. Na modalidade preferida mostrada nas figuras, o sistema de transmissão está composto especificamente de:

- um primeiro par de blocos 7a montado sobre blocos deslizantes 6a dos módulo de guia 6 das cordas 2;

- um segundo par de blocos 7b colocado a jusante dos módulos de guia 6 das cordas 2 e adaptado para manter horizontais os comprimentos de corda 2 incluídos entre estes mesmos blocos 7b e aqueles montados so- bre os blocos deslizantes 6a dos módulos de guia 6;

- um terceiro par de blocos 7d adaptado para enviar as cordas 2 na direção do perfil de asa 30;

- pelo menos um par de mecanismos para atenuar as súbitas variações de carga, incluído entre o segundo 7b e o terceiro 7d pares de blocos;

- cada um de tais mecanismos está composto de pelo menos um membro elástico 17, tal como por exemplo um cabo elástico ou uma mola, o qual, próximo de uma de suas extremidades 17a está ancorado na platafor- ma básica 1 e na outra extremidade está cooperando com um comprimento de corda 2 a jusante do módulo de guia 6, tal membro elástico 17 sendo possivelmente enviado entre tais duas extremidades deste para um quinto bloco 7e. A cooperação entre os membros elásticos 17 e as cordas 2 ocorre pela interposição de um quarto bloco 7c. Quando um golpe de vento ocorre, os membros elásticos 17 são esticados, atenuando a súbita variação de car- ga. Vice-versa, se a carga repentinamente diminuir, os membros elásticos 17 encolhem, parcialmente compensando o retardo com o qual o sistema de controle inteligente, abaixo descrito, intervém, de modo a acomodar a dimi- nuição de tensão. O sistema de transmissão mostrado nas figuras está de preferência equipado com dois mecanismos para atenuar as súbitas varia- ções de carga, um próximo de cada guincho 3.

O sistema de transmissão ainda compreende um par de disposi- tivos de tensionamento 18, um para cada corda 2, disposto entre os meca- nismos para atenuar as súbitas variações de carga e o terceiro par de blocos 7d os quais acompanham as cordas 2 na direção do perfil de asa 30.

Com referência às figuras 3a e 3b, é possível notar que tal dis- positivo 18 está composto de uma primeira 19a e uma segunda 19b polias as quais estão mutuamente faceadas, tendo eixos de rotação coplanares. As polias 19a, 19b giram ao redor de um respectivo primeiro 20a e segundo 20b pinos de rotação e estão inseridas entre duas pegas 21. Especificamente, o primeiro pino de rotação 20a está deslizando dentro de um par de fendas 22 obtidas nas pegas 21 de modo que a sua distância do segundo pino de rota- ção 20b não é constante, mas pode mudar. O primeiro 20a e o segundo 20b pinos podem ainda estar mutuamente conectados através de membros elás- ticos, tal como por exemplo um par de molas 23, cada uma das quais está próxima de cada pega 21. O dispositivo de tensionamento 18 é então preso na plataforma básica 1, por exemplo por meio de uma haste (não-mostrada) que passa dentro de um furo 26 das pegas 21. Os tamanhos das polias 19a, 19b e a constante de elasticidade das molas 23 são tais que, quando não existe nenhuma carga sobre a corda 2, as duas polias 19a, 19b estão em uma primeira posição, como aquela mostrada especificamente na figura 3, na qual estas entram em contato com a corda 2, estrangulando-a e parando- a. Deste modo, caso o vento cesse enquanto o perfil de asa 30 está voando, o dispositivos de tensionamento 18 impediriam que as cordas 2 deslizassem, mantendo-as sob tensão devido ao efeito da tração sobre os cabos elásticos 17 dos mecanismos para atenuar as súbitas variações de carga. Ao contrá- rio, quando desbobinando e rebobinando as cordas 3, a carga é tal que as molas 23 permitem um movimento de afastamento relativo das polias 19a, 19b, garantindo o rolamento normal da corda 2 sobre a primeira polia 19a. O sistema de transmissão mostrado nas figuras está de preferência equipado com dois dispositivos de tensionamento 18, um próximo de cada guincho 3.

Os blocos 7a montados sobre os blocos deslizantes 6a dos mó- dulos de guia 6 das cordas 2, os blocos 7b colocados a jusante de tais mó- dulos 6 e o par de blocos 7c do mecanismo para atenuar as súbitas varia- ções de carga tem a sua cabeça fixa, enquanto nos outros blocos a cabeça pode correr livremente. Especificamente, nos blocos 7d os quais acompa- nham as cordas na direção do perfil de asa 30, é possível realizar uma co- nexão giratória com a plataforma básica realizada através de pelo menos uma mola 25. Isto permite uma grande liberdade de rotação e esta especifi- cação é fundamental de modo a ser capaz de acompanhar as cordas 2 na direção do perfil de asa 30 quando o sistema de acordo com a presente in- venção opera.

Os módulos de guia 6 são os componentes da plataforma básica os quais compelem as cordas 2 a serem ordenadamente bobinadas sobre os guinchos 3 e impedem o deslizamento entre as cordas 2 e as pegas dos guinchos 3 e entre as próprias cordas 2. Cada módulo de guia 6 está equi- pado com o bloco deslizante 6a o qual desliza ao longo de um trilho 6b dis- posto em paralelo com o eixo geométrico de rotação do respectivo guincho 3. O bloco deslizante 6a é capaz de transladar ao longo das duas direções ao longo de tal trilho 6b e o primeiro bloco 7a está montado sobre o mesmo. Especificamente, o deslizamento de tal bloco deslizante 6a é controlado por um mecanismo deslizante (não-mostrado) o qual o faz mover juntamente com a rotação do guincho 3. De preferência, o mecanismo deslizante pode ser acionado por parafuso ou acionado por correia. No mecanismo deslizan- te acionado por parafuso, a translação do bloco deslizante 6a ao longo do trilho 6b é controlada pela rotação de um parafuso de precisão de recircula- ção de esferas. No mecanismo deslizante acionado por correia, o bloco des- lizante 6a está montado sobre uma correia temporizadora.

Nos módulos de guia 6 das cordas 2, a translação do bloco des- lizante é controlada por pelo menos um motor elétrico (não-mostrado) o qual opera sobre o mecanismo deslizante cuja operação é governada pelo siste- ma de controle inteligente o qual controla o perfil de asa 30.

O sistema de acordo com a presente invenção está de preferên- cia equipado com dois módulos de guia 6 das cordas 2, um próximo de cada guincho 3.

Os guinchos 3 são componentes equipados com guinchos ao redor dos quais as cordas 2 são bobinadas. Os guinchos 3 estão conecta- dos, por redutores 4 interpostos, de preferência de um tipo epicíclico, a ge- radores/motores elétricos 5. A rotação de cada guincho 3 está portanto liga- da à rotação de um eixo de acionamento correspondente. Durante a etapa de gerar energia elétrica, é o desbobinamento das cordas 2 dos guinchos que impõe a rotação dos guinchos 3. Durante a recuperação do perfil de asa 30 ao contrário, os motores atuam os guinchos 3. O dispositivo contém dois guinchos 3, um para cada corda 2.

Os geradores 5 são os componentes através dos quais a produ- ção de eletricidade ocorre. A sua atuação ocorre devido aos guinchos 3 quando desbobinando as cordas 2. No sistema de acordo com a presente invenção, os geradores 5 também operam como motores, cuidando do rebo- binamento das cordas 2 sobre o guincho 3 quando é necessário recuperar o perfil de asa 30. Os geradores/motores elétricos 5 são controlados pelo sis- tema de controle inteligente nos modos que serão abaixo descritos, e o sis- tema de acordo com a presente invenção está de preferência equipado com dois geradores/motores elétricos 5.

O sistema de controle inteligente é o sistema através do qual o perfil de asa 30 é automaticamente dirigido. A tarefa principal de tal sistema consiste em controlar a operação dos geradores/motores 5 e conseqüente- mente a rotação dos guinchos 3. A direção do perfil de asa 30 de fato ocorre pelo ajuste do desbobinamento e do rebobinamento das cordas 2 sobre os mesmos guinchos 3 através do qual a energia é produzida. As cordas 2 as quais conectam o perfil de asa 30 na plataforma básica 1 são portanto cor- das de potência quanto cordas de direção. A geração de energia exclusiva- mente depende da direção de rotação dos guinchos 3: existe uma produção de eletricidade quando a rotação dos guinchos é determinada pela tração das corda 2 e atua os geradores 5. Ao contrário, existe um consumo de e- nergia quando a rotação dos guinchos 3 é determinada pelos motores e permite o rebobinamento das cordas 2. A direção do perfil de asa depende tanto da direção de rotação quanto da velocidade de rotação dos guinchos 3. O perfil de asa 30 é de fato dirigido modificando adequadamente o ângulo de ataque de vento. Tal ângulo depende da posição relativa do perfil de asa 30 em relação à velocidade do vento e portanto do comprimento de cada um dos dois comprimentos de corda 2, desbobinada. Se, portanto, de modo a fazer com que o perfil de asa 30 assuma uma certa inclinação, é necessário encurtar um comprimento de corda 2 desbobinada em relação ao outro, para obter tal resultado, será necessário acelerar ou desacelerar a rotação de um guincho 3 em relação ao outro. Sem portanto prejudicar a geração de ener- gia ou a recuperação do perfil de asa 30, a direção do perfil de asa 30 ocorre diferenciando a velocidade de rotação dos dois guinchos 3. A verificação au- tomática do vôo do perfil de asa 30 é executada por meio de algoritmos de controle preditivos através dos quais o perfil de asa 30 é dirigido de modo a evitar as oscilações, a instabilidade de direção e máximos de tração local. O percurso ou trajetória de vôo executado pelo perfil de asa 30 é previsto de modo a otimizar a energia produzida durante o ciclo de operação sob segu- rança máxima, em conformidade ao máximo com as especificações dinâmi- cas e minimizando ο tempo necessário para ir da posição corrente para a posição prevista. A direção automática do perfil de asa 30 ocorre por meio de um processo em tempo real o qual recebe e processa as informações que vem do conjunto de sensores de solo e sobre o perfil de asa 30, a bordo do qual pode ser necessário pré-processar os dados, de modo a não sobrecar- regar a comunicação para os componentes do solo do sistema de controle inteligente, acima de tudo se tal comunicação ocorrer no modo sem fio. As informações de entrada estão relacionadas com a posição do perfil de asa 30, com as acelerações, com as forças (por exemplo, a carga de corda de- terminada pela leitura do torque de motor 5) e as quantidades geometrica- mente definidas. O sistema de controle inteligente processa tais entradas através de algoritmos preditivos e produz uma saída a qual atua os gerado- res/motores 5 conectados nos guinchos 3.

O processamento de informações de entrada requer um interva- lo de tempo o qual é proporcional à extensão de análise de dados. Minimi- zando a extensão de tal intervalo, o retardo, com o qual o perfil de asa 30 é dirigido, é reduzido. Por esta razão, uma análise de curto prazo tende a ser privilegiada. Uma análise de curto prazo no entanto não poderia permitir pre- ver um percurso com uma profundidade de tempo ótima. É portanto impor- tante dar prioridade a uma solução de negociação ótima, de modo que o processamento de dados ocorra em um curto tempo mas o suficiente para permitir prover um comprimento de percurso ótimo. É portanto razoável as- sumir que prover um percurso o qual é mais longo do que aquele descrito durante o ciclo de operação é inútil.

O algoritmo preditivo implementado pelo sistema de controle in- teligente determina em cada instante a posição ótima a qual o perfil de asa 30 deve ocupar nos instantes seguintes através de parâmetros de vôo e de controle adequados (altura de vôo, dinâmica de contrapeso, dados de tra- ção, computação de segurança sobre áreas fora de limites, situações de tensão de estrutura, instabilidade ou forças excessivas, instantes nos quais a direção deve ser executada, ...). Cada parâmetro, para cada instante de tempo, corresponde com as coordenadas da posição ótima (com referência ao parâmetro) a qual o perfil de asa deve ocupar em tal certo instante. A ca- da parâmetro é também atribuído um peso relativo cujo ajuste ocorre a todo instante por meio de um sistema retroativo o qual corrige os pesos dos pa- râmetros mais críticos de modo a tornar as decisões sobre tais parâmetros mais importantes. Uma vez tendo coletado as melhores coordenadas para cada parâmetro, uma soma de vetores é executada para cada instante de tempo considerado quando prevendo. Finalmente, após a introdução de pe- sos de tempo os quais privilegiam as estratégias de curto prazo, coordena- das ótimas são computadas para cada instante de tempo. Após ter provido as coordenadas de posições ideais as quais o perfil de asa 30 deve ocupar nos seguintes instantes de tempo, o processo em tempo real determina o melhor percurso a ser seguido pelo perfil de asa 30 para atingir estas posi- ções.

O algoritmo utilizado para tal propósito utiliza as equações de vôo, as inércias do perfil de asa 30 e a percentagem de reação a qual pode ter, dependendo da tração, um diferencial sobre os cabos 2, para determinar a lei de direção do perfil de asa 30. Através de técnicas dè controle adequa- das, a direção é calibrada de modo a gerenciar os riscos de oscilação e o ganho excessivo devido a causas inerciais, à elasticidade da cadeia cinemá- tica e retardo de medição.

A verificação de rotação dos guinchos 3 não é a única função executada pelo sistema de controle inteligente. Como foi anteriormente dito, o sistema também cuida de atuar os módulos de guia 6 e as cordas 2. Os motores os quais atuam tais módulos operando sobre o seu mecanismo des- lizante, são controlados de modo a acoplar adequadamente a rotação dos guinchos 3 com a translação dos blocos deslizantes 6a dos módulos de guia 6. É portanto por meio do sistema de controle inteligente que a velocidade e a direção de translação dos blocos deslizantes 6a são ajustadas de modo a compelir as cordas 2 para serem ordenadamente bobinadas sobre os guin- chos 3 e impedir o deslizamento entre as cordas 2 dos guinchos 3 e entre as próprias cordas.

O sistema de controle inteligente deve finalmente reconhecer e acomodar a tempo os súbitos eventos tais como os golpes de vento e as quedas de carga. No caso de golpes de vento, o sistema de controle inteli- gente intervém reduzindo a tensão das cordas 2 para evitar que a carga ex- cessiva danifique o sistema. Isto ocorre atuando os guinchos 3 de modo a permitir um rápido desbobinamento das cordas 2.

As súbitas diminuições de carga são evitadas já que uma escas- sa tensão sobre as cordas 2 precipitaria o perfil de asa 30 sem nenhuma chance de direção. Se uma queda de carga ocorrer, o sistema de controle inteligente era intervir acelerando a rotação dos guinchos 3 (no caso em que o evento ocorre quando rebobinando) ou invertendo a sua direção de rota- ção (se a queda de carga ocorrer quando desbobinando). De tal modo, o controle do perfil de asa 30 é recuperado.

O sistema de suprimento compreende todos os componentes necessários para acumular e fornecer a energia elétrica. Especificamente, o sistema de suprimento está equipado com fontes de alimentação, transfor- madores e acumuladores através dos quais a eletricidade produzida quando desbobinando as cordas 2 é armazenada, uma corrente é fornecida para o motor 5 quando recuperando o perfil de asa 30, os componentes eletrônicos do sistema de acordo com a presente invenção são alimentados e a energia elétrica é suprida para os possíveis usuários externos.

A operação de todos os componentes eletrônicos do sistema de acordo com a presente invenção é controlada pelo sistema de controle inte- ligente em cooperação com o sistema de suprimento.

Pelo que foi acima apresentado fica claro que, em relação ao que foi proposto pela técnica corrente, o sistema de acordo com a presente invenção provê um modo de controle inovador do perfil de asa 30 já que não existe distinção entre as cordas de acionamento e as cordas de potência, ambas tais funcionalidades sendo exercidas pelas duas cordas 2 somente. Portanto, existe um único par de guinchos 3 o qual atua os geradores 5 os quais também operam como motores. Enquanto que nos projetos existentes, a recuperação da pipa ocorre através dos mesmos guinchos através dos quais a produção de eletricidade ocorre, no. sistema de acordo com a pre- sente invenção é através dos mesmos guinchos 3 que o perfil de asa 30 é também dirigido, não somente recuperado. O ângulo de ataque de vento e a área frontal de vento interceptada pela pipa 30 são então controlados pelo ajuste do comprimento da seção de cordas 2 desbobinadas de modo a obter o máximo fornecimento de potência quando o perfil de asa 30 ascende e o mínimo consumo de energia durante a fase de recuperação.

A presente invenção ainda refere-se a um processo para produ- zir energia elétrica através de um sistema eólico como aquele anteriormente descrito. Substancialmente, o processo de acordo com a presente invenção, o qual integra o processo de conversão de energia eólica para energia elétri- ca atuado através do sistema eólico de acordo com a presente invenção é do tipo intermitente. Com referência especificamente à figura 4, é possível notar que o processo de acordo com a presente invenção compreende as seguintes etapas:

a) governar F1 a trajetória de vôo do perfil de asa 30, de prefe- rência automaticamente através do sistema de controle inteligente, de tal modo que a energia eólica a qual é possível remover do vento ou da corren- te eólica W, é máxima. Especificamente, o sistema de controle inteligente dirige o perfil de asa 30 de modo a explorar a "força de sustentação", a sa- ber o componente da força perpendicular à velocidade do vento W. De tal modo, o perfil de asa 30 ascende continuando a varrer a superfície frontal de vento. Conseqüentemente, o vento faz com que o perfil de asa 30 ascenda, tensionando as cordas 2 conectadas na plataforma básica 1: esta tração é convertida em rotação no nível dos guinchos 3 e transmitida, por meio do redutor 4, para o gerador 5 onde, vencendo o par de forças opostas por meio disto, a produção de energia elétrica ocorre;

b) dirigir F2 o perfil de asa 30, de preferência automaticamente através do sistema de controle inteligente, de modo a atingir uma posição de estol aproximada próxima da qual o empuxo eólico é escasso;

c) rebobinar F3 as cordas 2 sobre os guinchos 3 por meio dos motores 5 os quais também operam como geradores. As cordas 2 são rebo- binadas com um mínimo consumo de energia e, após ter terminado a recu- peração das cordas 2, o perfil de asa 30 é colocado de modo a retornar para uma condição de tração máxima;

d) neste momento, o processo é repetido.

A energia gerada quando desbobinando as cordas 2 é maior do que aquela consumida para o seu bobinamento. O balanço de energia é por- tanto positivo.

Pela utilização do processo de acordo com a presente invenção, e devido ao sistema de controle inteligente o qual, pelo processamento em tempo real de informações que vem do conjunto de sensores montado sobre o perfil de asa 30 e o conjunto de sensores do solo, é possível dirigir o perfil de asa 30 de modo a fazê-lo ascender explorando principalmente a força de sustentação. Deste modo, o percurso seguido pelo perfil de asa 30 durante cada ciclo de processo é ótimo em termos de energia eólica a qual pode ser subtraída do vento seguindo percursos (por exemplo, uma série de números oito) de modo a interceptar o máximo volume de ar. O processo de acordo com a presente invenção portanto garante não somente a continuidade na produção de eletricidade, mas também a otimização de energia a qual pode ser obtida em cada ciclo com o mesmo tamanho do perfil de asa em relação aos sistemas conhecidos.

Como uma prova da alta eficiência demonstrada pelo sistema eólico e os processos de acordo com a presente invenção, e meramente como um exemplo, supõe-se que a velocidade do vento Vw a qual o perfil de asa 30 deve ser capaz de suportar (a saber, sem que os seus componentes sejam danificados) é de 6 m/s. É ainda assumido que a velocidade máxima Vs na qual o desbobinamento das cordas 2 ocorre é de 4 m/s. O perfil de asa 30 está livre para oscilar "varrendo" a superfície frontal de vento, e diri- gindo o perfil de asa 30 deste modo uma velocidade é obtida a qual é muito maior do que a velocidade do vento. Especificamente, assume-se que o va- lor da razão entre a velocidade Vk do perfil de asa 30 e a velocidade do ven- to Vw é maior do que 10. Se a velocidade do vento máxima Vw é de 6 m/s, a velocidade máxima Vk do perfil de asa 30 será de 60 m/s. Não deve ser sur- preendente que a velocidade de desbobinamento máxima Vs das cordas 2 é assumida igual a 4 m/s enquanto que a velocidade máxima do perfil de asa 30 é de 60 m/s. O perfil de asa 30 de fato, como uma pipa comum, pode mudar continuamente a sua direção de movimento sem isto corresponder a um desbobinamento tão rápido das cordas 2.

Supõe-se adicionalmente que o comprimento de cada corda 2 no instante no qual, após ter terminado o seu rebobinamento, o perfil é cap- turado pelo vento, é de 80 metros e que a tração exercida pelas correntes eólicas implica que as cordas são uesbobinadas por aproximadamente 200 metros.

Assumindo que a velocidade de desbobinamento é de 4 m/s, a produção de energia ocorreria por 50 segundos por ciclo (200/4 m/(m/s)). Supõe-se que outros 4 segundos sejam necessários para colocar o perfil de asa 30 em um posição de estol aproximada (no azimute ou lateral). Especifi- camente, durante o primeiro segundo, ainda existiria um desbobinamento das cordas 2 a uma velocidade média de 2 m/s. Durante os três segundos restantes, o rebobinamento começaria a uma velocidade média de 4 m/s. Globalmente, durante a etapa de passar para a condição de estol aproxima- da, ocorreria um desbobinamento das cordas de 2 metros (2*1 (m/s)*s) e um rebobinamento de 12 metros (4*3 (m/s)*s). No final de tal etapa, o compri- mento das cordas 2 seria portanto de 270 metros (280+2-12 m). Agora o re- bobinamento começa, o que recolhe o comprimento das cordas para o com- primento inicialmente assumido de 80 metros. Caso o rebobinamento ocorra a uma velocidade de 8 m/s, requereria um tempo de 23,75 segundos (190/8 m/ (m/s)).

O ciclo de operação agora descrito corresponde a um ciclo pa- drão hipotético do processo de acordo com a presente invenção durante o qual o comprimento das cordas nunca é mais curto do que 80 metros. Obvi- amente, existe também um ciclo de partida inicial durante o qual é necessá- rio desbobinar manualmente os supostos 80 metros de corda (afastando da plataforma básica 1) e tornar a pipa capturada pelas correntes eólicas. Este primeiro ciclo não é utilizado para produzir energia elétrica, mas para levar o sistema eólico para o seu estado de operação. Sempre com referência ao exemplo anterior, por segurança, o comprimento máximo de cada corda 2 não deve ser mais curto do que 318 metros. De fato, supondo que poderiam existir golpes de vento iguais a 12 m/s por uma duração de 4 segundos: para impedir que o sistema eólico seja danificado, pode ser assumido que, em tal caso, a velocidade de desbobi- namento das cordas 2 é de 8 m/s. O golpe de vento então implicaria em um desbobinamento das cordas 2 igual a 36 metros (8*4 (m/s) *s).

Levando em conta tanto o rebobinamento das cordas 2 quando recuperando a posição de qualquer estol quanto o desbobinamento o qual ocorre quando existem golpes de vento, com referência ao exemplo descrito, a velocidade de rotação máxima a qual os guinchos 3 devem ser capazes de suportar seria (com referência às cordas 2) igual a 8 m/s.

É também possível agora fazer algumas considerações referen- tes à potência que o perfil de asa 30 é capaz de subtrair do vento. Para tal propósito, e com referência à figura 5, é adequado primeiramente lidar com a aerodinâmica do sistema. É conhecido que, quando uma corrente eólica en- contra uma superfície aerodinâmica ("aerofólio") estacionária AS, tal corrente gera duas forças: a força de arraste D paralela à direção W ao longo da qual o vento sopra e a força de sustentação L perpendicular a tal direção W. No caso de fluxo laminar de vento, as correntes eólicas AF1 as quais passam sobre a superfície aerodinâmica AD são mais rápidas do que as AF2 que passam por baixo da mesma, já que estas precisam percorrer uma distância mais longa. Isto determina uma diminuição de pressão na parte superior do perfil e portanto um gradiente de pressão o qual gera a força de sustentação L.

Ao contrário, com referência à figura 6, é assumido que o perfil AM possa mover ao longo da direção DT da força de sustentação. Devido a tal movimento, a superfície inferior do perfil aerodinâmico AM é inclinada em relação à velocidade do vento. Em tal caso, a força de sustentação e a força de arraste são respectivamente perpendicular e paralela à velocidade relati- va do vento em relação ao perfil.

Designando por Si a força paralela à direção de movimento e por S2 a força perpendicular a tal direção, o componente da força de susten- tação L paralelo à direção de movimento tem o mesmo sentido que a trans- lação do perfil aerodinâmico AM enquanto o componente paralelo da força de arraste D tem um sentido oposto.

Por esta razão, de modo a manter o movimento ao longo de uma direção perpendicular às correntes eólicas, é adequado inclinar o perfil AM de modo a obter uma alta razão entre o componente da força de sustenta- ção L ao iongo da direção de movimento DT do perfil AM e o componente da força de arraste D.

Estas considerações são também válidas para o perfil de asa 30 do sistema eólico de acordo com a presente invenção. O sistema de controle inteligente de fato dirige o perfil de asa 30 de modo a manter a razão entre a força de sustentação e a força de arraste alta durante a etapa de ascender o perfil de asa 30. De tal modo, o perfil de asa 30 oscila varrendo a frente de vento e gerando energia devido à tração das cordas 2. A potência gerada quando o perfil de asa 30 ascende é computada pela multiplicação da Po- tência de Vento Específica pela área de frente de vento interceptada pelo perfil de asa (a saber, a área da pipa) A e pelo Fator de Potência da Pipa KPF, um coeficiente de desempenho o qual depende da razão de velocidade entre o perfil de asa e o vento Vk/Vw e de dois coeficientes Kd e Ki (Kd refere- se ao arraste, a saber, quando a pipa puxa a constrição de solo com forças e velocidades ao longo da direção de vento e Ki refere-se à sustentação, a saber, quando a pipa puxa a constrição de solo oscilando de modo a varrer a superfície frontal de vento). Como anteriormente declarado, é devido à sus- tentação que a velocidade da pipa é muito maior do que a velocidade do vento. Quanto maior a potência da pipa, maior a sustentação em relação ao arraste.

Sempre como um exemplo, pode ser assumido que Vk/Vw = 10, K, = 1,2 e Kd = 0,1.

Em tal caso, KPF = 20 seria obtido.

Supondo que a densidade do ar ρ é constante e igual a 1,225 kg/m3, a Potência de Vento Específica seria: <formula>formula see original document page 26</formula>

A potência "KitePower" a qual pode ser gerada por meio da pipa é expressa pela seguinte fórmula:

KitePower = KPF* Potência de Vento Específica *A onde A é a área de pipa a qual intercepta a frente de vento. Se, por exemplo, um perfil de asa for utilizado que tem uma área A = 18 m2 empurrado a uma velocidade de 60 m/s de um vento que sopra a 6 m/s, a potência a qual é possível gerar no nível das cordas seria de 47628 W. Tal potência portanto corresponderia à potência máxima a qual a pipa é capaz de gerar.

O valor assumido por KPF de qualquer modo depende da efici- ência do perfil de asa. É possível fazer o KPF assumir valores maiores do que 20. Se, por exemplo, KPF assumir um valor igual a 40, a potência má- xima a qual pode ser obtida de uma pipa com uma área igual a 18 m2 seria de 95256 W.

Com referência à figura 8 é possível notar que o sistema eólico de acordo com a presente invenção encontra uma aplicação válida também no setor náutico, para rebocar barcos pela exploração da energia eólica.

Em tal caso, todos os componentes anteriormente descritos do sistema de acordo com a presente invenção estão colocados sobre um bar- co à vela ou a motor 100. O sistema de transmissão o qual acompanha as cordas 2 na direção do perfil de asa 30 está colocado na proa 101 e o perfil de asa 30 é dirigido de modo a sempre ficar na frente do barco 100.

Diferentemente da aplicação anteriormente descrita, o objetivo primário do sistema eólico não mais consiste na conversão de energia eólica em energia elétrica, mas na exploração da força de vento para rebocar o barco 100 e portanto na conversão da energia eólica em energia mecânica.

Similarmente à aplicação anterior, o sistema de controle inteli- gente está programado para maximizar a energia que o perfil de asa de po- tência 30 é capaz de subtrair do vento, de qualquer modo evitando que a carga de corda torne-se excessiva e danifique os componentes do sistema eólico. A diferença principal em relação à aplicação anterior consiste em que a exploração de energia eólica não mais ocorra intermitentemente. De fato, a pipa não é dirigida de modo a alternar uma etapa de ascensão e uma etapa de recuperação obtendo um balanço de energia positivo, mas de modo a otimizar com continuidade a exploração das correntes eólicas. Durante a operação de estado estável, a recuperação da pipa 30 exclusivamente ocor- re de modo a acomodar possíveis quedas de vento ou para posicionar corre- tamente o perfil de asa 30. O desbobinamento e o rebobinamento das cor- das 2 não mais ocorre com o propósito de produzir energia ciclicamente mas somente para propósitos de direção. As cordas 2 através das quais o perfil de asa 30 está conectado no barco podem ainda ser consideradas tanto co- mo cordas de potência quanto de direção 2. A direção ocorre de acordo com o mesmo princípio descrito para aplicação anterior. A transmissão de potên- cia não mais ocorre pela atuação de um gerador pela rotação de um guin- cho, mas limitando tanto quanto possível o desbobinamento das cordas 2 de modo que o barco 100 ao qual o perfil de asa 30 está conectado através das cordas 2 mova-se em relação a um sistema de referência fixo.

É possível notar como em ambas as aplicações a exploração de energia eólica está associada com um avanço do perfil de asa 30 no espaço. A diferença consiste em que, enquanto no dispositivo anteriormente descrito o observador está integral com o sistema de referência fixo (a saber, o solo), no caso de aplicação a um barco, a plataforma básica 1 e o observador a- companham a pipa 30 durante o seu avanço.

De qualquer modo, é possível prover a produção de eletricidade através do sistema eólico de acordo com a presente invenção aplicado ao barco 100. De fato, quando a necessidade de mover termina, similarmente ao que está descrito na aplicação anterior, é possível utilizar o perfil de asa 30 para produzir eletricidade. O sistema de controle inteligente em tal caso integrará as limitações de vôo adequadas do perfil de asa 30 para impedir que as cordas 2 entrem em contato com outros componentes do barco 100.

Além das vantagens anteriormente mencionadas, o sistema eóli- co e o processo de acordo com a presente invenção permitem obter, em re- lação ao que já foi proposto pela técnica anterior conhecida, outros resulta- dos principais; especificamente: - o sistema eólico é facilmente adaptado para ser manipulado e conseqüentemente é eficiente para suprir energia elétrica sob situações de emergência tal como no caso de suprimento difícil ou quando o local de ins- talação não pode ser acessado;

- o seu custo extremamente baixo e as características de opera- ção permitem que o dispositivo seja utilizado para usos convencionais (even- tos, pátios,...);

- o sistema eólico e uma tecnologia habilitante para os geradores estacionários de grande tamanho devido às suas características de escalabi- lidade;

- o sistema eólico é capaz de explorar também as correntes de alta altitude, onde a maior disponibilidade de vento e velocidade assegura uma maior densidade de energia em relação às correntes eólicas no nível do solo;

- o ciclo de operação de acordo com o processo da invenção é rápido, permitindo explorar a energia eólica de um grande volume de ar com um perfil de asa relativamente pequeno;

- os componentes mais dispendiosos do sistema eólico estão colocados no nível do solo e estão protegidos; - a potência é gerada devido à exploração do componente axial da força de sustentação, assim assegurando um maior fornecimento de e- nergia em relação à exploração da força de arraste.

Claims (26)

1. Sistema eólico para converter energia, caracterizado pelo fato de que este compreende: - pelo menos um perfil de asa de potência (30) o qual está adap- tado para ser dirigido a partir da terra e está imerso em pelo menos uma cor- rente eólica (W); - uma plataforma básica 1 colocada no nível do solo e conectada através de duas cordas (2) no dito perfil de asa (30), a dita plataforma básica (1) estando adaptada para dirigir o dito perfil de asa (30) e converter a ener- gia eólica da dita corrente eólica em energia elétrica ou mecânica, as ditas duas cordas (2) estando adaptadas para transmitir forças de e para o dito perfil de asa (30) e para serem utilizadas tanto para um controle de uma tra- jetória de vôo do dito perfil de asa (30) quanto para uma transmissão de e- nergia.

2. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito perfil de asa (30) está adaptado para ser dirigido na dita trajetória de vôo pela dita plataforma básica (1) de modo a ser ciclica- mente levado de uma posição na qual uma tração exercida pela dita corrente eólica é máxima, para uma posição aproximadamente de estol, no seu azi- mute ou lateral, na qual a dita tração é mínima, para ser recuperado através dos ditos guinchos (3).

3. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que este compreende um sistema de controle inteligente que opera sobre a dita plataforma básica (1) adaptado para controlar automati- camente o dito perfil de asa (30) ao longo da dita trajetória de vôo.

4. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que este compreende um sistema de suprimento (12) que coo- pera com o dito sistema de controle inteligente para gerenciar o acúmulo e o fornecimento de energia.

5. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de controle inteligente está equipado com um conjunto de sensores colocados sobre o dito perfil de asa (30).

6. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o dito conjunto de sensores colocados sobre o dito perfil de asa (30) envia as informações em um modo sem fio para o dito sistema de controle inteligente.

7. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito sistema de controle inteligente está equipado com um conjunto de sensores de solo.

8. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita plataforma básica (1) compreende pelo menos dois guinchos (3) sobre cada um dos quais uma respectiva das ditas cordas (2) é desbobinada ou rebobinada, cada um dos ditos guinchos (3) estando conec- tado a um gerador/motor elétrico (5).

9. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito guincho (3) está conectado no dito gerador/motor elé- tricô (5) pela interposição de pelo menos um redutor epicíclico (4).

10. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 8, caracteriza- do pelo fato de que o dito guincho (3) está equipado com um módulo de guia (6) adaptado para compelir a dita corda (2) para ser ordenadamente bobina- da por sobre o dito guincho (3).

11. Sistema eólico de acordo com qualquer uma das reivindica- ções precedentes, caracterizado pelo fato de que este está equipado com um sistema de transmissão adaptado para guiar cada uma das ditas cordas (2) na direção do dito perfil de asa (30).

12. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 11, caracteri- zado pelo fato de que o dito sistema de transmissão compreende: - um primeiro par de blocos (7a) montado sobre blocos deslizan- tes (6a) dos ditos módulos de guia (6) das ditas cordas (2); - um segundo par de blocos (7b) a jusante dos ditos módulos de guia (6) das ditas cordas (2) adaptado para manter horizontais os compri- mentos das ditas cordas (2) incluídos entre os ditos segundos blocos (7b) e os ditos primeiros blocos (7a); - um terceiro par de blocos (7d) adaptado para enviar as ditas cordas (2) na direção do dito perfil de asa (30).

13. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 11 ou 12, ca- racterizado pelo fato de que o dito sistema de transmissão compreende pelo menos um par de mecanismos para atenuar as súbitas variações de carga, incluído entre o dito segundo (7b) e o dito terceiro (7d) pares de blocos.

14. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 13, caracteri- zado pelo fato de que o dito mecanismo de atenuação está composto de pelo menos um membro elástico (17) ancorado em uma das suas extremi- dades (17a) na dita plataforma básica (1) e na outra de suas extremidades conectado a um comprimento da dita corda (2) a jusante do dito módulo de guia (6) pela interposição de um quarto bloco (7c).

15. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 11 ou 12, ca- racterizado pelo fato de que o dito sistema de transmissão compreende pelo menos um par de dispositivos de tensão (18) disposto entre os ditos meca- nismos de atenuação e o dito terceiro par de blocos (7d).

16. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 15, caracteri- zado pelo fato de que o dito dispositivo de tensionamento (18) está compos- to de uma primeira (19a) e uma segunda (19b) polias, ditas polias (19a, 19b) sendo mutuamente faceadas e tendo eixos de rotação coplanares, as ditas polias (19a, 19b) girando ao redor de um respectivo primeiro (20a) e segun- do (20b) pinos de rotação e estando inseridas entre duas pegas (21), o dito primeiro pino de rotação (20a) sendo deslizando dentro de um par de fendas (22) obtidas nas ditas pegas (21), o dito primeiro (20a) e o dito segundo (20b) pinos estando mutuamente conectados através de membros elásticos (23).

17. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 12, caracteri- zado pelo fato de que os ditos terceiros blocos (7d) estão equipados com uma conexão giratória com a dita plataforma básica (1) realizada através de pelo menos uma mola (25).

18. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 12, caracteri- zado pelo fato de que o dito bloco deslizante (6a) desliza ao longo de um trilho (6b) em paralelo com um eixo geométrico de rotação do dito guincho (3).

19. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 18, caracteri- zado pelo fato de que o deslizamento do dito bloco deslizante (6a) ao longo do dito trilho (6b) é controlado por um mecanismo deslizante juntamente com uma rotação do dito guincho (3).

20. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 18, caracteri- zado pelo fato de que o dito mecanismo deslizante é atuado por um motor elétrico controlado pelo dito sistema de controle inteligente.

21. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 18, caracteri- zado pelo fato de que o dito mecanismo deslizante é controlador por parafu- so.

22. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 18, caracteri- zado pelo fato de que o dito mecanismo deslizante é controlador por correia.

23. Sistema eólico de acordo com a reivindicação 3, caracteriza- do pelo fato de que o dito sistema de controle inteligente opera sobre os di- tos guinchos (3) para guiar o dito perfil de asa (30) ao longo da dita trajetória de vôo pela implementação de um algoritmo preditivo que determina em ca- da instante uma posição ótima a qual o dito perfil de asa (30) deve ocupar em pelo menos um instante seguinte dependendo dos parâmetros de vôo e de controle, das ditas informações enviadas pelo dito conjunto de sensores colocado sobre o dito perfil de asa (30) e do dito conjunto de sensores de solo, dando prioridade a uma exploração de uma força de sustentação (L) gerada pela dita corrente eólica (W).

24. Processo para produzir energia elétrica através de um siste- ma eólico como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que este compreende as seguintes etapas: a) governar (F1) a dita trajetória de vôo do dito perfil de asa (30) de modo a maximizar a energia eólica a ser subtraída da corrente eólica (W), o dito perfil de asa (30) quando ascendendo, tensionando as ditas cordas (2) conectadas na dita plataforma básica (1) o que leva aos ditos guinchos (3) a girar; b) dirigir (F2) o dito perfil de asa (30) de modo a atingir uma po- sição de estol aproximada; c) rebobinar (F3) as ditas cordas (2) através dos ditos guinchos (3) por meio dos ditos motores (5) e colocar o dito perfil de asa (30) para re- tornar para uma condição de tração máxima; d) repetir as etapas anteriores.

25. Processo de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que as ditas etapas a) e/ou b) e/ou c) e/ou d) ocorrem automati- camente através do dito sistema de controle inteligente.

26. Uso do sistema eólico como definido na reivindicação 1, para rebocar o barco (100) através de uma conversão da dita energia eólica em energia mecânica, em que o dito sistema de transmissão está colocado na proa (101) no dito barco (100) e o dito perfil de asa (30) é dirigido pelo sis- tema de controle inteligente de modo a sempre ficar na frente do dito barco (100).