BRPI0714385A2

BRPI0714385A2 - conversor de energia das ondas

Info

Publication number: BRPI0714385A2
Application number: BRPI0714385-0A
Authority: BR
Inventors: Sean Derek Moore
Original assignee: Australian Sustainable Energy Corp Pty Ltd
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2013-03-05
Also published as: CN101490341B; AR061884A1; AU2007272290A1; KR20140136065A; IL196445A0; CN102322387A; CN101490341A; CN102345281A; KR101618112B1; KR101521882B1; TW200827544A; AU2011202492A1; MX2009000329A; AU2011202488B2; NO20090183L; AU2011202492B2; WO2008006145A1; EP2047037A1; NZ574786A; JP2009542964A

Abstract

CONVERSOR DE ENERGIA DAS ONDAS. Trata-se de um aparelho de conversão de energia das ondas (44) e seu sistema de ancoragem sob tensão (50) associados. O aparelho de conversão de enrgia das ondas(44) compreende uma estrutura de suporte alongada (45) projetada para estender-se acima do n´vel médio da água no oceano. A estrutura de suporte (45) tem um membro submerso (46) disposto em conexão com a mesma abaixo do nível médio da água. Um membro flutuante (48). O movimento diferencial do membro flutuante (48) em relação à estrutura de suporte (45) resulta na geração de energia elétrica pelo gerador elétrico linear (49). O sistema de ancoragem sob tensão (50) compreende um cabo (51)estendendo-se a partir de um meio de lastro (52) até um meio de contrabalançamento (53) adaptado para ser suspenso a partir do membro submerso (46) via um mecanismo de olia (54). O sistema de ancoragem sobtensão (50) compreende um cabo (51) estendendo-se a partir de um meio de lastro (52) até um meio de contrabalançamento(53) adaptado para ser suspenso a partir do membro submerso (46) via um mecanismo de poliia (54). O sistema de ancoragem sob tensão (50) permite que o aprelho (44) seja sintonizado com as condições prevalecentes do oceano.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONVERSOR DE ENERGIA DAS ONDAS".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a conversores de energia das ondas para conversão da energia das ondas oceânicas em energia elétrica e se refere particularmente, e não exclusivamente, a tais conversores de energia das ondas que operam de acordo com os princípios de flutuabilidade, pressões hidrodinâmicas e oscilação. A invenção se refere de maneira mais específica a um sistema de ancoragem sob tensão para um conversor de energia das ondas.

Antecedentes da invenção

No início do terceiro milênio, é possível perceber a crescente preocupação das pessoas com a sustentabilidade. Ao se conscientizarmos de que os combustíveis fósseis são recursos naturais finitos, tornou-se mais urgente a busca por fontes de energia limpas e renováveis. O aquecimento global e a mudança climática chamaram atenção para a necessidade de reduzirmos a dependência dos combustíveis fósseis. Uma das fontes de energia renovável mais promissoras é a energia das ondas. Estima-se que o potencial global de energia das ondas seja de 2 Terawatts, o que eqüivale a um recurso global de aproximadamente 2000 TWh por ano - suficiente para grande parte das necessidades energéticas do mundo. O aproveitamento da energia das ondas é algo almejado há séculos; porém, todas as tentativas anteriores obtiveram pouco êxito. Os ganhos foram de pequena escala, da ordem de dezenas e centenas de kilowatts, e não as centenas de megawatts necessárias.

Uma das principais dificuldades no passado era a de projetar uma unidade suficientemente robusta para resistir à enorme força das ondas do oceano. Em condições de tempestade, a energia das ondas pode ser gigantesca, provocando a destruição da maioria dos sistemas terrestres e marítimos do estado da técnica. A abordagem típica previamente utilizada na extração da energia das ondas consistia em usar uma turbina ou um sistema hidráulico. Houve algumas tentativas de se utilizar um gerador rotativo acionado diretamente, assim como um gerador linear acionado diretamente. Entretanto, as unidades de extração de energia mais comuns no estado da técnica são colunas de água oscilantes e geradores rotativos hidráulicos interligados. Elas costumam ser utilizadas em instalações em terra, próximo à costa ou na costa. Outra desvantagem significativa desses sistemas é a necessidade de estar próximo à costa, onde a perda de energia das ondas da linha da costa é alta devido às perdas friccionais, não aproveitando assim a maioria da energia das ondas presente em águas "profundas".

A presente invenção foi concebida com o objetivo de oferecer um sistema de ancoragem sob tensão e um conversor de energia das ondas que pudesse ser utilizado tanto perto da costa quanto em alto mar para extrair a quantidade máxima de energia das ondas oceânicas. As referências ao estado da técnica contidas no presente relatório descritivo são apresentadas apenas para fins ilustrativos, e não se deve pressupor que tal estado da técnica faça parte do conhecimento geral comum na Austrália ou em qualquer outro lugar.

Sumário da Invenção

De acordo com um aspecto da presente invenção, propõe-se um sistema de ancoragem sob tensão para um aparelho que converte a energia das ondas oceânicas numa forma mais utilizáveis, o aparelho tendo uma estrutura com um membro submerso em conexão com ele abaixo do nível médio da água, o sistema de ancoragem compreendendo:

um membro flexível alongado estendendo-se a partir de um meio de lastro até um meio de contrabalanceamento adaptado para ser suspenso a partir do membro submerso via um mecanismo de polia; e

um meio de amortecimento para aplicar uma ação de amortecimento ao movimento do membro submerso, o meio de amortecimento aplicando a ação de amortecimento ao membro flexível alongado via o mecanismo de polia.

De preferência, o meio de contrabalanceamento compreende um vaso contendo uma massa, disposto em conexão com o mesmo, para proporcionar uma força de contrabalanceamento aplicada ao membro submerso via o membro flexível alongado. De preferência, o meio de contrabalanceamento compreende um vaso de flutuação ajustável com uma massa, disposto em conexão com o mesmo, sendo que a flutuabilidade do meio de contrabalanceamento pode ser ajustada para variar a força de contrabalanceamento aplicada ao membro submerso via o membro flexível alongado. De preferência, a flutuabilidade do meio de contrabalanceamento pode ser ajustada bombeando-se ar para dentro do vaso de flutuação via uma mangueira de ar.

O sistema de ancoragem adicionalmente compreende de maneira vantajosa uma caixa de ancoragem, a o membro submerso da estrutura é adaptado para se atracar-se com a caixa de ancoragem. De preferência, o membro submerso é fixado na caixa de ancoragem por um mecanismo de travamento. De preferência, o meio de amortecimento e o mecanismo de polia estão alojados na caixa de ancoragem.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, propõe-se um aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas em uma forma mais utilizável, o aparelho compreendendo:

uma estrutura de suporte alongada projetada para estender-se acima do nível médio da água, tendo um membro submerso disposto em conexão com a mesma abaixo do nível médio da água e um meio de flutuação que permite à estrutura de suporte flutuar no oceano numa orientação geralmente vertical; um membro flutuante de flutuabilidade positiva montado de maneira deslizante na estrutura de suporte de modo a ser móvel na direção vertical; e

um meio de extração de energia disposto em conexão com a estrutura de suporte e com o membro flutuante, de modo que quando o movimento das ondas provoca um movimento diferencial adequado entre o membro flutuante e a estrutura de suporte, o referido meio de extração de energia converte a energia incidente em uma forma mais utilizável. De preferência, o membro flutuante é provido

de uma superfície tipo hidrofólio adaptada para converter um componente horizontal do movimento das ondas em um componente vertical do membro flutuante, potencializando assim a capacidade de extração de energia do membro flutuante. Geralmente, o membro flutuante tem uma seção transversal horizontal alongada com uma extremidade frontal e uma extremidade traseira, a extremidade frontal sendo adaptada para apontar para a direção geral de uma onda se aproximando. De preferência, a referida extremidade frontal se estreita até uma ponta. De preferência, a referida superfície tipo hidrofólio é uma dentre uma multiplicidade de superfícies tipo hidrofólio substancialmente paralelas estendendo-se de forma substancialmente perpendicular a e ao longo do respectivo primeiro e segundo lados membro flutuante. De preferência, a referida multiplicidade de superfícies tipo hidrofólio é inclinada para baixo a partir da extremidade frontal até a extremidade traseira do membro flutuante, sendo que as partículas de água em uma onda são forçadas para baixo pelas superfícies tipo hidrofólio, criando forças hidrodinâmicas agindo para cima sobre as superfícies tipo aerofólio, forças estas que são somadas a uma força ascendente agindo sobre o membro flutuante devido à flutuabilidade positiva deste.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, propõe-se um membro flutuante aperfeiçoado em um aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas em energia utilizável, o membro flutuante compreendendo:

um membro de flutuabilidade positive montado de maneira deslizante em uma estrutura de suporte de modo a ser móvel em uma direção vertical que reage ao movimento das ondas, e tendo uma superfície tipo aerofólio adaptada para converter um componente horizontal do movimento das ondas em um movimento vertical do membro flutuante, potencializando assim a capacidade de extração de energia do membro flutuante.

De preferência, o aparelho para conversão da energia das ondas adicionalmente compreende um meio de ancoragem para ancorar a estrutura ao leito do mar. Em uma concretização, o referido membro submerso e o meio de flutuação são adaptados para ter flutuabilidade substancialmente neutra durante o uso, e o referido membro de ancoragem compreende uma trava adaptada para impedir que o aparelho se desvie, mas que ainda permita o acompanhamento automático das direções prevalecentes das ondas. Em outra concretização, o referido membro submerso e o meio de flutuação são adaptados para ter flutuabilidade substancialmente positiva durante o uso, e o referido meio de ancoragem compreende um sistema de frenagem para aplicar uma ação de frenagem à estrutura de suporte via o meio de ancoragem. De preferência, o referido sistema de frenagem é adaptado para aumentar a ação de frenagem quando a energia extraída pelo meio de extração de energia aumenta, por meio do que o movimento diferencial entre o membro flutuante e a estrutura de suporte pode ser maximizado e a quantidade de energia utilizável gerada otimizada. Inversamente, quando pouca ou nenhuma energia está sendo extraída pelo meio de extração de energia, o sistema de frenagem não aplica ação de frenagem e os esforços mecânicos sobre a estrutura de suporte podem ser minimizados à medida que o meio de ancoragem se desloca livremente.

Em uma concretização, o referido meio de ancoragem compreende um cabo estendendo a partir de um meio de lastro até um meio de contrabalanceamento suspenso a partir da estrutura de suporte via um mecanismo de polia. Normalmente, o referido sistema de frenagem aplica uma ação de frenagem ao cabo via o mecanismo de polia. De preferência, o referido sistema de frenagem é ativado por solenóide, com a energia elétrica do solenóide sendo fornecida pelo gerador elétrico linear via um circuito derivado. De preferência, o referido sistema de frenagem é controlado por computador. Ao longo de todo o relatório, salvo indicação em contrário, deve-se interpretar a palavra "compreender", ou variações como "compreende" ou "compreendendo" de forma a implicar a inclusão de um número inteiro especificado ou grupo de números inteiros, mas não a exclusão de qualquer outro número inteiro ou grupo de números inteiros. De modo similar, subentende-se pela expressão "de preferência", ou variações, como "preferido(a)(s)", que um número inteiro ou grupo de números inteiros especificado é desejável, mas não essencial ao funcionamento da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

A natureza da invenção será melhor explicada na descrição detalhada seguinte de várias concretizações específicas do sistema de ancoragem sob tensão e do conversor de energia das ondas, apresentada a título meramente exemplificativo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva frontal de cima da primeira concretização preferida de um aparelho de conversão de energia das ondas de acordo com a presente invenção;

A Figura 2 é uma vista em perspectiva frontal de cima do aparelho de conversão de energia das ondas da Figura 1 com seu sistema de ancoragem sob tensão associado de acordo com a invenção; A Figura 3 é uma elevação frontal do aparelho de conversão de energia das ondas da Figura 2;

A Figura 4 é uma vista em perspective frontal de cima do sistema de ancoragem sob tensão empregado com o aparelho de conversão de energia das ondas da Figura 1;

A Figura 5 é uma vista em perspectiva traseira inferior de uma caixa de ancoragem incorporada no sistema de ancoragem sob tensão da Figura 4;

A Figura 6a e 6b ilustra o aparelho de conversão de energia das ondas das Figuras 1 e 3 na crista e no cavado, respectivamente, de uma onda se aproximando;

A Figura 7a e 7b ilustra a operação do aparelho de conversão de energia das ondas das Figuras 1 e 2 durante variações no nível médio da água; A Figura 8 é uma vista em perspectiva de cima

da segunda concretização de um aparelho de conversão de energia das ondas com seu sistema de ancoragem sob tensão associado de acordo com a invenção;

A Figura 9 é uma vista em perspectiva de cima, parcialmente transparente, de um meio de contrabalanceamento que faz parte do sistema de ancoragem sob tensão associado ao aparelho de conversão de energia das ondas da Figura 8;

A Figura 10 é uma vista em perspectiva ampliada do aparelho de conversão de energia das ondas e do sistema de ancoragem sob tensão associado da Figura 8; A Figura 11 é uma vista em perspectiva de cima, parcialmente transparente, da primeira concretização de uma caixa de ancoragem que faz parte do sistema de ancoragem sob tensão associado ao aparelho de conversão de energia das ondas da Figura 8;

A Figura 12 é uma vista em perspectiva de cima, parcialmente transparente, da segunda concretização de uma caixa de ancoragem que faz parte do sistema de ancoragem sob tensão de acordo com a invenção que pode ser associada a um aparelho de conversão de energia das ondas;

A Figura 13 é uma vista em perspectiva de cima da terceira concretização de um aparelho de conversão de energia das ondas com seu sistema de ancoragem sob tensão associado de acordo com a invenção;

A Figura 14 é uma vista em perspectiva de cima da quarta concretização de um aparelho de conversão de energia das ondas com seu sistema de ancoragem sob tensão associado de acordo com a invenção;

A Figura 15 é uma vista em perspectiva inferior da quinta concretização de um aparelho de conversão de energia das ondas com seu sistema de ancoragem sob tensão associado de acordo com a invenção; e

A Figura 16 é uma vista em perspectiva de cima da sexta concretização de um aparelho de conversão de energia das ondas com seu sistema de ancoragem sob tensão associado de acordo com a invenção. Descrição Detalhada das Concretizações Preferidas

A energia dentro de uma onda oceânica se propaga via duas energias ortogonais, a saber, as energias horizontal e vertical. A energia vertical está contida no movimento vertical das partículas de água dentro da onda, conhecido como afundamento, e possui metade da energia disponível da onda. A energia horizontal está contida no movimento horizontal das partículas de água dentro da onda, conhecido como avanço, e também possui metade da energia da onda. Para que ocorra a extração da energia das ondas, precisa haver absorção de energia de uma dessas energias ortogonais, ou de ambas.

O movimento de afundamento descreve o movimento no eixo geométrico ζ (para cima e para baixo) da onda, e, como tal, está altamente correlacionado à energia vertical dentro de uma onda. A boa correlação do afundamento com a altura da onda faz dele um meio popular e potencialmente eficaz de se extrair a energia vertical de uma onda. A extração da energia vertical em uma onda pode ser implementada em um Conversor de Energia das Ondas (WEC) utilizando-se um único corpo de afundamento ou dois corpos de afundamento. Um único corpo de afundamento utiliza uma massa de flutuação sobre a superfície da água para extrair a energia vertical de uma onda. A fim de extrair a energia, precisa haver movimento diferencial; geralmente, no caso de um único corpo de afundamento, o segundo referencial é o leito do oceano. Usando o leito do oceano como referencial, é possível obter a maior quantidade de movimento relativo, e como resultado, a maior quantidade de energia extraída ao longo de uma faixa de freqüências o mais ampla possível.

A implementação de um projeto de corpo de afundamento único pode ser realizada por meio de duas configurações básicas. A primeira consiste em um corpo flutuando sobre a água, com uma conexão ligando a bóia a seu referencial; a bóia se moverá então com as ondas sobre a superfície do oceano, produzindo o movimento diferencial em relação ao referencial. A segunda configuração utiliza uma estrutura fixa no leito do oceano, estando localizada ou abaixo ou acima do nível médio da água, e terá uma bóia ligada a ela; essa bóia irá então oscilar com as ondas na superfície da água, produzindo movimento diferencial em relação ao referencial fixo.

Em um projeto de corpo de afundamento duplo, o movimento diferencial entre dois corpos oscilantes é usado para gerar energia; contrariamente ao movimento relativo de um corpo em relação a um ponto de referência fixo, a exemplo de um projeto de corpo de afundamento único. No entanto, uma análise da eficiência do projeto de corpo de afundamento duplo como sistema oscilante, ao longo da faixa de freqüência típica das ondas oceânicas, indica que o projeto de corpo de afundamento duplo não é prático para nenhuma extração considerável de energia das ondas Isso é também corroborado pelo fato de não existirem instalações comerciais utilizando esse tipo de movimento diferencial. As versões comerciais existentes de uma bóia de afundamento utilizam várias implementações de um único corpo oscilante.

O outro aspecto do movimento das ondas pertinente à presente invenção é o do avanço. Como mencionado anteriormente, o avanço é o movimento ao longo do eixo geométrico x, e é muito favorável à extração de energia a partir da energia horizontal de uma onda. Um corpo de avanço é capaz de extrair metade da energia das onda, a saber, o componente de energia horizontal de uma onda. Combinando-se o avanço e o afundamento, é possível, em teoria, extrair 100% da energia das ondas oceânicas. Claramente, há um grande benefício em utilizar meios capazes de extrair a energia desses dois vetores. Isso só é realmente alcançável em teoria, pois outros fatores, como as não- linearidades das ondas, ondas multidirecionais, e outras variáveis, influenciam o movimento do corpo. As concretizações preferidas da presente invenção buscam em geral aproveitar tanto o avanço quanto o afundamento a fim de obter a extração ideal da energia das ondas. De forma vantajosa, o WEC da invenção emprega um hidrofólio ou hidroplano para obter a energia horizontal em uma onda oceânica. Um hidrofólio pode ser usado para desviar a massa de água deslocando-se na onda, produzindo, dessa forma, uma força resultante em qualquer direção.

As concretizações preferidas do WEC da presente invenção tipicamente empregam um projeto de corpo de avanço e afundamento, que utiliza múltiplos graus de liberdade para extrair a energia das ondas em deslocamento no oceano. O WEC converte esses movimentos de afundamento e avanço das partículas de água em forças verticais que, por sua vez, movem o elemento de translação de um gerador elétrico linear em movimento diferencial com seu estator. O gerador elétrico linear converte esse movimento diferencial em uma diferença potencial induzida que pode ser aplicada a uma carga, permitindo assim a realização de trabalhos úteis com a energia caótica de uma onda oceânica.

Nas concretizações preferidas do WEC da presente invenção, a resposta ao afundamento não é usada apenas para converter a energia dentro de uma onda. Na presente invenção, a resposta ao afundamento também pode ser usada para "sintonizar" as freqüências operacionais, de modo que as freqüências abaixo de sua freqüência sintonizada experimentem atenuação mínima. Um sistema de ancoragem sob tensão de acordo com a invenção é empregado em associação com o WEC para atingir essa capacidade de sintonização. Tal utilização nova do afundamento aumenta a capacidade de sobrevivência do WEC sem sacrificar a eficiência da extração de energia. Essa abordagem é diferente dos dispositivos do estado da técnica, que utilizam apenas a resposta de afundamento do(s) corpo(s) para gerar sua energia. Para clareza, uma resposta de afundamento é a oscilação vertical experimentada por um corpo em resposta ao afundamento de uma onda. Uma resposta de afundamento é um artefato apenas de flutuação e massa. Uma possível concretização do sistema de ancoragem sob tensão de acordo com a invenção também pode ser por si só utilizada para extrair energia do afundamento de uma onda, como será descrito em mais detalhes abaixo.

Um projeto preferido do WEC é aquele em que há apenas um membro móvel (ou de operação), este estando localizado acima do nível médio da água dentro do que é geralmente chamada de zona de arrebentação. O sistema é um sistema oscilante que utiliza as forças derivadas do avanço e do afundamento das partículas de água dentro da onda. Essas forças são então usadas para mover a estrutura parcialmente submersa para baixo, enquanto que a bóia é movida para cima. Um sistema de ancoragem sob tensão é preferencialmente associado ao WEC para tensionar a estrutura submersa em relação ao leito do oceano. O movimento oposto dos dois corpos assegura a quantidade máxima de movimento diferencial, e, portanto, a quantidade máxima de energia extraída da onda.

Uma primeira concretização do aparelho de conversão de energia das ondas 10 da presente invenção, como ilustram as Figuras 1 a 7 dos desenhos em anexo, compreende uma estrutura de suporte alongada 12 projetada para estender-se acima de um nível médio da água no oceano. O aparelho 10 utiliza o avanço, o afundamento, a flutuabilidade e as forças hidrodinâmicas para estender a extração de energia máxima teórica de 50% para um corpo de avanço único até 100%. A estrutura de suporte 12 é na forma de um quadro contendo um membro submerso 14 disposto em conexão com o mesmo abaixo do nível médio da água. A estrutura de suporte 12 também é provida de um meio de flutuação para permitir que a estrutura de suporte flutue no oceano em uma orientação geralmente vertical. Na concretização ilustrada, o meio de flutuação é na forma de um tanque de flutuação 16 disposto dentro do membro submerso 14, como será descrito em mais detalhes a seguir. Nesta concretização, o tanque de flutuação 16 é normalmente preenchido com ar suficiente para conferir ao membro submerso 14 uma flutuabilidade geral positiva. Portanto, ele será chamado, nesta concretização, de membro submerso de flutuabilidade positiva (PBSM) 14. A flutuabilidade do PBSM 14 se estende além do nível médio da água, de modo que se o nível de água se elevasse, a força de flutuabilidade associada também aumentaria. Em uma concretização alternativa, o membro submerso 14 é preenchido com ar suficiente para assegurar que o membro submerso tenha uma massa total igual à massa da água que ele desloca, isto é, tenha flutuabilidade neutra.

O aparelho 10 adicionalmente compreende um membro de flutuação 18 de flutuabilidade positiva montado de forma deslizante na estrutura de suporte 12 de modo a ser móvel em uma direção vertical dentro da estrutura de suporte 12. O aparelho 10 também compreende um gerador elétrico linear 20 contendo um estator 22 disposto em conexão com a estrutura de suporte 12 e um elemento de translação 24 disposto em conexão com o membro flutuante 18. O estator 22 desta concretização é de construção planar e alongada, e se estende verticalmente ao longo do plano central da estrutura de suporte 12, a partir do membro submerso de flutuabilidade positiva (PBSM) 14 abaixo do nível médio da água até uma posição acima do nível médio da água. Nesta concretização, o elemento de translação 24 é integrado ao corpo do membro flutuante 18, como será descrito em mais detalhes adiante. A energia elétrica gerada pelo gerador elétrico linear 20 é extraída via um terminal de energia elétrica 26 disposto na extremidade superior do estator 22, e pode ser transmitida à costa via um cabo submarino adequado (não ilustrado) ou por transmissão sem fio (microondas).

O membro flutuante 18 do PBSM 14 é um membro de flutuação e tem uma densidade igual á metade da água que ele desloca. Ele geralmente tem também um volume menor ou igual ao volume do membro submerso 14. A combinação desses dois parâmetros torna a massa do membro flutuante 18 menor ou igual à metade da massa do PBSM 14. A flutuabilidade do PBSM 14 fornece uma força antagônica suficiente para contrabalançar a força descendente produzida pelo gerador elétrico linear 20 em seu curso descendente de retorno. O membro flutuante 18 encontra-se livre para mover-se verticalmente ao longo do estator 22 via guias de baixa fricção. Essas guias de baixa fricção podem ser geralmente implementadas como um mancai selado circundado por uma luva de plástico ou de borracha (não visível) localizada no membro flutuante 18, com um canal ou guia correspondente localizado no estator 22. Outras configurações possíveis para guias de baixa fricção serão evidentes aos versados na técnica. Quando o movimento da onda provoca um movimento diferencial adequado entre o membro flutuante 18 e a estrutura de suporte 12, o elemento de translação 24 é transladado em relação ao estator 22 e o gerador elétrico linear 20 gera energia elétrica.

De preferência, o membro flutuante 18 é provido de uma superfície tipo hidrofólio/hidroplano 30 adaptada para converter um componente horizontal do movimento das ondas em um movimento vertical do membro flutuante 18, potencializando assim a capacidade de extração de energia do membro flutuante 18. O membro flutuante 18 tem uma seção transversal horizontal alongada com uma extremidade frontal 32 e uma extremidade traseira 34, a extremidade frontal 32 sendo adaptada para apontar para a direção geral de uma onda se aproximando. A extremidade frontal 32 se estreita até uma ponta em forma de V. De preferência, a referida superfície tipo hidrofólio 30 é uma dentre uma multiplicidade de superfícies tipo hidrofólio substancialmente paralelas 30 estendendo-se de forma substancialmente perpendicular a e ao longo do respectivo primeiro e segundo lados membro flutuante 18. As referidas superfícies tipo hidrofólio 30 são inclinadas para baixo a partir da extremidade frontal 32 até a extremidade traseira 34 do membro flutuante 18. Essa configuração garante que as partículas de água em uma onda se aproximando sejam forçadas para baixo pelas superfícies tipo hidrofólio 30, criando forças hidrodinâmicas agindo para cima sobre as superfícies tipo aerofólio 30, forças estas que são somadas a uma força ascendente agindo sobre o membro flutuante devido à flutuabilidade deste.

O PBSM 14 tem uma seção transversal horizontal alongada com uma extremidade frontal 36 e uma extremidade traseira 38, a extremidade frontal 36 sendo adaptada para apontar para a direção geral de uma onda se aproximando. A extremidade frontal 36 se estreita até uma ponta em forma de V e o PBSM 14 tem um casco em forma de V como um bote, como pode ser visto mais claramente na Figura 1. De preferência, o BSM 14 tem uma superfície superior substancialmente planar 40 que é inclinada para cima a partir da extremidade frontal 36 até a extremidade traseira 38 do membro submerso, sendo que as partículas de água em uma onda se aproximando a partir da parte frontal são forçadas para cima pela superfície superior planar 40, criando uma força descendente agindo sobre o PBSM 14.

O PBSM 14 é projetado de modo que a resistência ao movimento descendente do membro seja minimizada ao maior grau possível. Por outro lado, o movimento ascendente do PBSM 14 (e, portanto, de toda a estrutura de suporte 12) é impedido utilizando-se forças hidrodinâmicas derivadas da força viscosa da superfície superior planar 40 movendo-se na direção ascendente e da força de limitação do sistema de ancoragem sob tensão. À medida que as partículas de água na crista de uma onda se encontram com o membro flutuante 18, elas são forçadas para baixo pelas superfícies tipo hidrofólio 30. Isso produz uma força ascendente sobre o membro flutuante 18. Por outro lado, à medida que as partículas de água se encontram com o PBSM 14, elas são forçadas para cima pela superfície superior inclinada 40. Isso produz uma força descendente sobre o PBSM 14. Sendo assim, quando uma onda vai de encontro ao aparelho 10, haverá uma força ascendente agindo sobre o membro flutuante 18 e uma força descendente agindo sobre o PBSM 14, devido ao movimento horizontal da onda. A força descendente aplicada ao PBSM 14 será contraposta pelo amortecimento proporcionado pelo gerador elétrico linear 20. O resultado da força ascendente aplicada ao membro flutuante 18 via seus hidrofólios 30 e da flutuabilidade é o movimento ascendente do elemento de translação 24 do gerador elétrico linear 20. Pela interação dessas forças de flutuação e hidrodinâmicas, é possível maximizar o movimento diferencial entre o membro de flutuação 18 e a estrutura de suporte 12 de modo a otimizar a energia extraída da onda pelo aparelho 10.

Para contrabalançar a força de flutuabilidade ascendente sobre o PBSM 14, um novo sistema de ancoragem sob tensão foi inventado, uma concretização preferida do qual, na forma de meios de ancoragem 60, é ilustrada nas Figuras 4 e 5. O sistema de ancoragem 60 compreende um lastro 62 para ancorar o dispositivo, e um meio de contrabalançamento 64 para contrabalançar a flutuabilidade excessiva do PBSM 14. O lastro 62 e os meios de contrabalançamento 64 são conectados via uma corrente ou cabo 66, que passa através de um mecanismo de polia 68 localizado na parte inferior do PBSM 14 (vide a Figura 5). Um meio de amortecimento na forma de um sistema de frenagem mecânico 70 é disposto em conexão com o mecanismo de polia 68, embora algum outro meio de amortecimento, tal como um amortecedor hidráulico, elétrico ou pneumático, possa ser utilizado. O sistema de frenagem aplica uma ação de frenagem ou amortecimento ao cabo via o mecanismo de polia 68. O sistema de frenagem 70 aplica efetivamente uma ação de frenagem ao PBSM 14, e, consequentemente, à estrutura de suporte 12 do aparelho 10, via o meio de ancoragem 60. O sistema de frenagem 70 é geralmente ativado por solenóide, com a energia elétrica do solenóide (não ilustrado) sendo fornecida pelo gerador elétrico linear 20 via um circuito derivado. Portanto, o sistema de frenagem 70 não irá engatar se não houver produção de eletricidade. A proporção de frenagem dependerá da quantidade de corrente sendo produzida. Se uma pequena demanda de energia estiver sendo satisfeita, ou se a freqüência de onda estiver fora dos parâmetros operacionais do gerador elétrico linear 20, então o sistema de frenagem 70 estará desligado. No entanto, à medida que aumenta a energia produzida, o mesmo ocorrerá com a frenagem, desse modo maximizando o movimento diferencial entre os dois membros e otimizando a quantidade de energia produzida. De preferência, o sistema de frenagem é controlado por computador. A Figura 6 ilustra a operação do sistema de frenagem 70. Quando uma onda da freqüência desejada passa através do aparelho 10, o membro flutuante 18 se move para cima devido a sua flutuabilidade positiva e às forças hidrodinâmicas agindo sobre as superfícies tipo aerofólio 30 (Figura 6a). Neste modo de extração de energia das ondas, o gerador elétrico linear está produzindo energia elétrica, o que resultará na aplicação de uma ação de frenagem via o sistema de frenagem 70 ao cabo 66 do meio de ancoragem 60. Logo, o meio de contrabalançamento 64 não se move e o PBSM 14 permanece imóvel. Por outro lado, à medida que o membro flutuante 18 retorna a sua posição rebaixada, como ilustra a Figura 6b, ele produz energia elétrica devido à flutuabilidade excessiva do PBSM 14 mantido na posição pelo sistema de frenagem 70. Quando o sistema de frenagem 70 está desligado, o meio de contrabalançamento 64 é capaz de se mover livremente para cima ou para baixo no cabo 66.

Por meio desse simples sistema de controle, é possível implementar um meio eficaz e adaptável de se controlar o movimento do PBSM 14. Ao engatar apenas o sistema de frenagem 70 quando a energia está sendo produzida, ocorrerá uma diminuição geral no esforço desnecessário sobre o sistema durante os momentos em que nenhuma energia está sendo produzida. O sistema de frenagem 70 pode ter uma chave de contato (não visível) localizada na parte superior do PBSM 14, que será aberta se o membro flutuante 18 se mover para a extensão de seu movimento permissível. Após a chave ser aberta, a derivação para o solenóide será aberta, permitindo assim que o PBSM 14 se eleve em altitude e libere a tensão ascendente fornecida pelo membro flutuante 18. Esse ajuste de altitude continuará até que o equilíbrio seja alcançado.

O meio de ancoragem 60 é projetado para ser um sistema de ajuste totalmente automático, que irá manter o nível médio da água do aparelho 10 em um nível consistente. Se o aparelho 10 se mover para longe da menor distância entre o lastro e o PBSM, uma força corretiva entrará em ação, retornando o sistema à distância mais curta entre os dois pontos. Essa força corretiva será uma força totalmente automática devido à força gravitacional. O sistema de controle automático do aparelho 10 será de tal forma que todas as freqüências fora da faixa operacional predefinida serão contornadas por toda a estrutura de suporte 12 e não apenas pelo membro flutuante 18. Essa abordagem permitirá que o sistema se calibre automaticamente para o nível médio da água, permitindo assim ajustá-lo a flutuações da maré, ressacas e outros fenômenos de baixa freqüência, que, se não forem planejadas, poderiam levar à destruição do conversor de energia das ondas.

A Figura 7 ilustra a calibragem automática do aparelho 10 para o nível médio da água. Neste caso, a freqüência de onda está fora da faixa operacional predefinida do aparelho 10, e, por conseguinte, o membro flutuante 18 permanece essencialmente imóvel em relação ao PBSM 14, independente do nível da água, e não há movimento diferencial para produzir energia elétrica via o gerador elétrico linear 20. Logo, o sistema de frenagem 70 permanece inativo e o sistema de ancoragem 60 se move livremente. O meio de contrabalançamento 64 se move para cima e para baixo com as mudanças no nível médio da água, como ilustram as Figuras 7a e 7b, respectivamente.

Nesta concretização, o meio de ancoragem é implementado na forma de uma caixa de ancoragem 72, na qual o PBSM 14 da estrutura de suporte 12 é adaptado para se atracar quando estiver em uso. A Figura 5 ilustra uma concretização preferida da caixa de ancoragem 72. O PBSM 14 é fixado na caixa de ancoragem 72 por um mecanismo de travamento adequado, que pode fixar automaticamente o PBSM 14 à medida que ele se atraca na caixa de ancoragem 72. Na concretização ilustrada, o PBSM 14 é fixado manualmente na caixa de ancoragem 72 via parafusos de fixação 74. O sistema de frenagem 70 e o mecanismo de polia 68 são, de preferência, alojados na caixa de ancoragem 72. Todos os componentes necessários para implementar o aparelho de conversão de energia das ondas desta concretização podem ser alojados na caixa de ancoragem 72. A caixa de ancoragem 72 preferencialmente possui seu próprio tanque de flutuação 76 (não visível), que pode ser preenchido ou evacuado com ar comprimido à medida que necessário para erguer ou rebaixar a caixa 72 na água durante situações de atracação, manutenção ou operacionais. O meio de contrabalançamento 64 do meio de ancoragem 60 será essencialmente uma massa, embora se pretenda que o contrapeso não seja uma massa completamente inerte. De preferência, o meio de contrabalançamento 64 compreende uma substância mais densa que a água (por exemplo, concreto) e uma câmara de ar dentro (não visível).

A câmara de ar é projetada de modo que, quando preenchida, proporcione flutuabilidade suficiente para elevar o meio de contrabalançamento 64 até a superfície da água. Quando a câmara de ar é preenchida com água, ela adiciona massa extra ao sistema, com isso aumentando o desempenho do sistema em freqüências inferiores. Outro aspecto do meio de contrabalançamento 64 é a capacidade de preencher novamente o interior da câmara de ar, seja remota e/ou diretamente. Quando a câmara de ar é preenchida novamente, o meio de contrabalançamento ascende à superfície da água de tal forma que a caixa 72 fica localizada junto à parte superior do meio de contrabalançamento 64, permitindo assim a realização de extração ou manutenção no PBSM 14.

O segundo uso do meio de contrabalançamento 64 se dá como um sistema de comissionamento. O comissionamento do sistema será de tal forma que o meio de ancoragem 60 é fixado, o qual inclui o lastro 62 e o meio de contrabalançamento 64. O meio de contrabalançamento 64 será deixado em seu estado de flutuação até o momento em que o aparelho 10 esteja pronto para ser comissionado. Quando o aparelho 10 está para ser comissionado, ele é ligado à caixa exposta 72, após o que o meio de contrabalançamento 64 é preenchido novamente com água, dessa forma colocando automaticamente o aparelho 10 na posição de operação correta, sem a necessidade de mergulhadores e equipamentos altamente especializados. Essa nova forma de comissionamento do aparelho irá ajudar a manter os custos de comissionamento, descomissionamento, reparo e manutenção o menor possível. Uma configuração alternativa consiste no meio de contrabalançamento 64 sendo construído apenas com material mais denso que a água (como concreto) e na caixa 72 sendo a câmara de flutuação ajustável utilizada para erguer ou rebaixar o meio de contrabalançamento 64.

O gerador elétrico linear 20 usado pelo aparelho é projetado para fornecer a resposta de freqüência ideal e a força eletromotriz para possibilitar a extração da maior quantidade de energia das ondas do oceano. Essa otimização é obtida correspondendo-se os parâmetros de desempenho do gerador elétrico linear 20 às exigências de amortecimento do sistema mecânico, de tal forma que o amortecimento crítico do sistema oscilante seja obtido quando o sistema estiver sob carga total.

O gerador elétrico linear 20 dentro do aparelho é de tal forma que o estator 22 faz parte de um sistema de corpo oscilante que se encontra em um referencial predominantemente imóvel, enquanto que o elemento móvel 24 é ligado ao referencial predominantemente móvel. Na concretização ilustrada, o estator 22 é conectado ao membro submerso 14, enquanto que o elemento de translação 24 é conectado ao membro flutuante 18. Na realidade, essas duas partes estarão se movendo, apesar de que, com o objetivo de respeitar as convenções populares de nomenclatura, os termos "estator" e "elemento de translação" sejam utilizados para referir-se às estruturas predefinidas do WEC. Uma vez que o movimento do estator 22 e do elemento de translação 24 é subjetivo, o fio de cobre, os ímãs e o material magnético permeável também podem estar localizados ou no estator ou no elemento de translação. A localização desses materiais dependerá das existências específicas e dos critérios de projeto da implementação do aparelho.

O aparelho de conversão de energia das ondas é configurado de tal forma a ser facilmente rebocado por uma embarcação, permitindo assim seu comissionamento rápido e imediato. O casco em forma de V do PBSM 14 facilita o arraste eficaz do aparelho de conversão de energia das ondas 10. Para comissionar ou descomissionar o aparelho 10, aplica-se ar sob alta pressão a uma válvula 42 localizada acima do nível médio da água. Na concretização ilustrada, a válvula 42 está localizada no topo do estator 22 e é conectada a uma passagem de fluido (não visível) que se estende para baixo através do estator 22 até o tanque de flutuação 16 no corpo do PBSM 14. O ar sob alta pressão bombeado para dentro do tanque de flutuação 16 via a válvula 42 e através de uma passagem de fluido expele a água de lastro de dentro do tanque de flutuação 16 através da outra passagem de fluido, fazendo assim com que o PBSM 14 suba acima do nível médio da água. Quando o membro de flutuação 14 está acima do nível médio da água, a produção de energia é interrompida e toda a estrutura de suporte 12 se comporta como um bote, permitindo assim o fácil transporte do aparelho 10.

Ao comissionar o aparelho 10, qualquer flutuação excessiva do membro de flutuação 14 é liberada pelo processo inverso, desse modo submergindo novamente a estrutura de suporte 12 e restabelecendo a produção de energia. Esse tipo de implantação e recuperação rápida ajuda a manter o custo do comissionamento, dos reparos e da manutenção o menor possível, além de assegurar a fonte de energia mais confiável.

Outro aspecto vantajoso do aparelho 10 é que ele pode ser projetado para ser responsivo, para geração de energia elétrica, a uma faixa de freqüências de onda específica. Na concretização ilustrada, o comprimento horizontal do aparelho é de aproximadamente cinco metros, o que corresponde a um quarto do comprimento de uma onda oceânica de 20 metros de comprimento. Esse aspecto é particularmente útil quando aplicado ao oceano, uma vez que a energia disponível nas ondas oceânicas aumenta quanto menor a freqüência. Antigamente, muitos conversores de energia das ondas foram perdidos durante condições de tempestade devido à exposição a densidades de energia de onda excessivas. Com a capacidade de sintonização de freqüência do aparelho 10, é possível extrair energia apenas das freqüências predefinidas simplesmente deixando as ondas de elevada densidade de energia destrutivas passarem sem atenuação. As conseqüências para a capacidade de sobrevivência do aparelho 10 são significativas, sem contar o benefício da possibilidade de produzir energia quando outros conversores de energia das ondas teriam sido postos fora de serviço para assegurar sua sobrevivência.

O aparelho de conversão de energia das ondas pode ser construído como uma unidade modular e pode ser um dentre uma multiplicidade de tais unidades modulares, que são conectadas umas às outras como um arranjo ou matriz energética de conversão de energia das ondas. Na concretização ilustrada, o quadro da estrutura de suporte 12 apresentação configuração substancialmente retangular. Esse formato facilita a interconexão de várias unidades modulares lado a lado em duas direções ortogonais.

As Figuras 8 a 11 ilustram uma segunda concretização de um aparelho de conversão de energia das ondas 44 e seu sistema de ancoragem sob tensão 50 associado de acordo com a invenção. O aparelho de conversão de energia das ondas 44 compreende uma estrutura de suporte alongada 45 projetada para estender-se acima do nível médio da água no oceano. A estrutura de suporte 45 é na forma de uma coluna orientada verticalmente tendo um membro submerso 46 disposto em conexão com a mesma abaixo do nível médio da água. A estrutura de suporte 45 desta concretização também é provida de um meio de flutuação para permitir que a estrutura de suporte flutue no oceano em uma orientação geralmente vertical. Na concretização ilustrada, o meio de flutuação é na forma de um tanque de flutuação 47 (não visível) disposto dentro do membro submerso 46. Assim como na concretização anterior, o tanque de flutuação 47 é normalmente preenchido com ar suficiente para conferir ao membro submerso 46 uma flutuabilidade geral positiva.

O aparelho 44 adicionalmente compreende um membro de flutuação 48 de flutuabilidade positiva montado de forma deslizante na estrutura de suporte 45 de modo a ser móvel em uma direção vertical. Nesta concretização, o membro flutuante 48 é de configuração esférica e é montado por deslizamento na coluna vertical da estrutura de suporte 45. O aparelho 44 também compreende um gerador elétrico linear 49 contendo um estator 22 disposto em conexão com a coluna vertical da estrutura de suporte 45 e um elemento de translação integrado ao corpo do membro flutuante 48. A operação do aparelho de conversão de energia das ondas 44 desta concretização, para converter a energia das ondas oceânicas em energia elétrica, é similar à da primeira concretização 10 e não será descrita novamente em detalhes aqui. As propriedades hidrodinâmicas e de flutuabilidade do membro de flutuação esférico 48 irão produzir um movimento diferencial do elemento de translação do gerador elétrico linear 49 em relação ao estator, como na concretização anterior. De forma vantajosa, a superfície superior do membro submerso 46 é de configuração substancialmente hemisférica, de modo a agir como uma superfície defletora para a água (não de forma diferente da superfície superior 40 da primeira concretização), para melhorar ainda mais esse movimento diferencial.

O sistema de ancoragem sob tensão 50 desta concretização compreende um membro flexível alongado na forma de um cabo 51 estendendo-se a partir de um meio de lastro 52 até um meio de contrabalançamento 53 adaptado para ser suspenso a partir do membro submerso 46 via um mecanismo de polia 54. O meio de lastro 52 pode assumir a forma de um grande bloco de concreto, ou, como alternativa, uma ancoragem adequado no leito do mar pode ser empregada para ancorar uma extremidade do cabo 51 ao fundo do oceano. O meio de contrabalançamento 53 compreende uma massa tendo um tanque de flutuação ajustável disposto em conexão com o mesmo, como ilustra a Figura 9.

O meio de contrabalançamento 53 desta concretização é na forma de um vaso oco 55 tendo uma base sólida 56 de massa predeterminada para agir como contrapeso para o membro submerso 46. O volume restante do vaso 55 pode ser preenchido com ar comprimido via uma mangueira de ar 57 para ajustar a flutuabilidade do vaso 55. Uma válvula 58 pode ser disposta em uma parede do vaso 55 para expelir o ar ao oceano ambiente. A outra extremidade do cabo 51 é conectada à parte superior do vaso 55 e se estende para cima até o mecanismo de polia 54, antes de passar de volta para baixo através de uma passagem oca 59 estendendo-se verticalmente ao longo do eixo geométrico central do vaso 55 até o meio de lastro 52.

Ajustando-se a flutuabilidade do vaso 55, é possível variar a força de contrabalançamento aplicada ao membro submerso 46 via o cabo 51. Dessa forma, a freqüência ressonante do aparelho de conversão de energia das ondas 44 e de seu sistema de ancoragem sob tensão 50 associado pode ser ajustada para "sintonizá-lo" com as condições predominantes do oceano. De preferência, a massa da base 56 do vaso 55 é estabelecida de forma a corresponder à freqüência de operação mínima desejada do sistema. Essa massa também ajuda a manter o aparelho de conversão de energia das ondas 44 em uma orientação vertical devido ao baixo centro de flutuabilidade e ao baixo centro de massa conferido ao sistema pela base 56. A medida que a massa do vaso 55 diminui, a freqüência ressonante do sistema aumenta.

O mecanismo de polia 54 é alojado em uma caixa de ancoragem 80, que é ilustrada com uma parede transparente nas Figuras 11 e 12. A caixa de ancoragem 80 é de formato cilíndrico, nesta concretização, para corresponder ao formato do membro submerso 46, e pode ser ligada de forma permanente, ou não, à parte inferior do membro submerso 46. Como pode ser visto com mais clareza na Figura 11, o mecanismo de polia 54 compreende uma polia 82 montada fixamente em um eixo mecânico 84 que é montado rotativamente entre um par de

Λ

geradores elétricos rotativos 86a e 86b. A medida que o eixo mecânico 84 oscila, os geradores 86a e 86b irão gerar um EMF e oferecer resistência ao movimento rotativo do eixo mecânico. Dessa forma, os geradores elétricos 86 propiciam um meio de amortecimento para aplicar uma ação de amortecimento à rotação do eixo mecânico 84, e, por conseguinte, da polia 82. Quando uma carga é aplicada aos geradores elétricos 86, eles aplicam efetivamente uma ação de amortecimento ao cabo 51 via a polia 82, e, por conseguinte, ao movimento do membro submerso 46 em virtude do meio de contrabalançamento 53.

Se desejado, a energia elétrica gerada pelos geradores 86 pode ser armazenada em baterias 88 alojadas na caixa 80. Um módulo eletrônico de controle e conversão de energia 90 é proporcionado para converter a corrente CA gerada pelos geradores 86 em uma corrente CC para armazenamento nas baterias 88. O módulo de controle e conversão de energia 90 também pode ser configurado para permitir que a própria caixa se torne o aparelho conversor de energia das ondas, como será descrito em mais detalhes abaixo. Um sistema de controle operado por microprocessador 92 também é proporcionado dentro da caixa de ancoragem 80, para oferecer controle automático de todos os componentes do sistema de ancoragem sob tensão 50. O sistema de controle 92 monitora a freqüência das ondas e ajusta de maneira correspondente a massa do meio de contrabalançamento.

Um compressor de ar 94 é disposto dentro da caixa de ancoragem 80 para bombear ar para baixo até o meio de contrabalançamento 53 via a mangueira de ar 57. Parte da energia gerada pelos geradores 86 pode ser usada para alimentar o compressor de ar 94. O compressor de ar 94 também está sob o controle do sistema de controle 92. Um conduto de ar 96 alimenta ar da atmosfera para o compressor de ar 94, e se estende para cima através do corpo submerso 46 até um ponto acima da linha da água. O ar no interior do vaso oco 55 do meio de contrabalançamento 53 não precisa ser expelido ao oceano ambiente, podendo em vez disso ser bombeado de volta para cima até um vaso de pressão (não ilustrado) alojado dentro da caixa de ancoragem 80 ou do membro submerso 46.

Uma típica seqüência de operação para o sistema de ancoragem sob tensão 50 será agora descrita com referência às Figuras 8 a 11:

Dado um ambiente operacional particular, o sistema de controle 92 irá medir e calcular, via meios apropriados, tal como um acelerômetro, as freqüências de onda que são apresentadas ao sistema. As freqüências dominantes e/ou mais densas de energia serão determinadas por cálculo usando formulas bem conhecidas. Após a freqüência operacional ideal ter sido selecionada, também por meio de fórmulas bem conhecidas, a massa ideal do sistema, que permite a extração da maior quantidade de energia, pode ser calculada.

O sistema de controle 92 irá então calcular a massa atual do sistema e determinar o volume da água a ser captada ou removida do sistema para atingir essa massa ideal. Se a massa precisar ser diminuída, então o sistema de controle 92 ativa o compressor de ar 94 para bombear ar para dentro do vaso oco 55, evacuando assim a água presente no vaso oco 55 através do deslocamento de pressão positiva, como usado em submarinos. Se a massa precisar ser aumentada, então o sistema de controle 92 abre a válvula de ar 58 para expelir o ar dentro do vaso oco 55 ou ativa o compressor de ar 94 para bombear o ar para um tanque de armazenamento alternativo, deixando assim a água preencher o volume evacuado e aumentar a massa do sistema.

Dessa maneira, o sistema de controle 92 moverá a massa para dentro e para fora do sistema de ancoragem sob tensão 50, modificando assim as características operacionais do sistema pela variação de massa e permitindo que o sistema seja sintonizado para ter o desempenho ideal num ambiente sob constante mudança.

Quaisquer meios de amortecimento adequados podem ser empregados na caixa de ancoragem 80 para aplicar uma ação de amortecimento ao movimento do membro submerso 46. Os geradores elétricos 86 são particularmente vantajosos, pois podem ser usados diretamente como uma fonte de energia elétrica. No entanto, uma bomba hidráulica também poderia ser usada para fornecer a ação de amortecimento. A Figura 12 ilustra uma concretização alternativa da caixa de ancoragem 80, que é substancialmente idêntica à concretização da Figura 11, com a exceção de que os geradores elétricos rotativos 86 foram substituídos por um par de bombas hidráulicas 98 para proporcionar os meios de amortecimento. Ambas as bombas hidráulicas 98a e 98b são acopladas operativamente ao eixo mecânico 84 por um respectivo sistema de polia e correia 99a e 99b. As bombas hidráulicas 98 podem ser usadas, por exemplo, para bombear fluido hidráulico (óleo, água do mar) via uma mangueira a um gerador elétrico operado hidraulicamente ou acumulador hidráulico. Bombas pneumáticas podem ser usadas em vez das bombas hidráulicas 98.

O aparelho de conversão de energia das ondas 44 ilustrado nas Figuras 8 e 10 incorpora uma turbina eólica 100 montada no topo da estrutura de suporte 45 do aparelho. A turbina eólica 100 oferece um meio de capturar outra fonte de energia renovável, a saber, os ventos oceânicos. A turbina é orientada para girar ao redor de um eixo vertical e é provida de uma série de pás 102 para capturar o vento e gerar energia elétrica. Um gerador elétrico rotativo (não visível) é alojado na base da turbina eólica 100. A energia elétrica gerada pela turbina eólica 100 pode ser armazenada nas baterias 88, ou transmitida à costa via cabos, ou sem cabos usando um transmissor de microondas (não ilustrado). Uma cúpula 104 visível na parte superior da turbina pode ser usada para alojar o transmissor e/ou um GPS ou alguma outra forma de radiofarol de posicionamento.

O aparelho de conversão de energia das ondas 44 irá operar sem dúvidas muito satisfatoriamente sem a turbina eólica 100. Uma concretização do aparelho 44 sem a turbina é ilustrada na Figura 13. Se desejado, o aparelho de conversão de energia das ondas 44 também pode ser equipado com painéis solares 108 para obter vantagem de uma terceira fonte de energia renovável, a saber, a luz do sol. A Figura 14 ilustra uma concretização do aparelho 44 com vários painéis solares 108 montados sobre a turbina eólica 100. Sob outros aspectos, o aparelho de conversão de energia das ondas 44 desta concretização (e da concretização anterior), com seu sistema de ancoragem sob tensão 50 associado, é substancialmente idêntico ao da concretização ilustrada nas Figuras 8 a 11 e não será descrito aqui novamente.

A Figura 15 ilustra uma quarta concretização do aparelho de conversão de energia das ondas 110, que é similar à concretização 44 das Figuras 8 a 11, e, por conseguinte, os mesmos números de referência serão utilizados para identificar as partes similares.

Nesta concretização do aparelho 110, a carcaça da caixa de ancoragem 80 é aberta na parte inferior de modo a permitir que a água do mar preencha o espaço dentro do interior oco não ocupado pelos componentes do sistema de ancoragem sob tensão 50. Em cada uma das concretizações anteriores, todos os componentes da caixa de ancoragem sob tensão alojados dentro da caixa 80 são encapsulados em uma carcaça hermética e impermeável que os protege dos efeitos corrosivos da água do mar.

A parte inferior aberta da caixa de ancoragem 80 cria uma câmara de ar 112 que pode ser preenchida parcialmente com ar de modo a conferir flutuabilidade neutra à caixa de ancoragem. Uma vez que a câmara 112 é aberta ao oceano ambiente, sua flutuabilidade irá variar com as variações de pressão hidrostática devido ao movimento das ondas. À medida que cada crista da onda passa, a flutuabilidade da caixa de ancoragem de flutuabilidade neutra 80 irá cair para flutuabilidade negativa à medida que a pressão hidrostática aumenta. A caixa de ancoragem irá então se elevar à medida que ocorre flutuabilidade positiva quando o aparelho 110 entra no cavado da onda. Essas variações na flutuabilidade da caixa de ancoragem, que é conectada diretamente ao membro submerso 46, estarão 180° fora de fase com o movimento vertical do membro flutuante 48, e, por conseguinte, ajudarão a aumentar ainda mais o movimento diferencial do estator e do elemento de translação do gerador elétrico linear 49.

Como mencionado anteriormente, o sistema de ancoragem sob tensão da presente invenção pode por si só ser usado como um aparelho de conversão de energia das ondas. A Figura 16 ilustra uma concretização do sistema de ancoragem sob tensão 120 que foi configurado como um aparelho de conversão de energia das ondas. Nesta concretização, a caixa de ancoragem 80 é montada diretamente no lado inferior de um reservatório flutuante 122. Não há um gerador elétrico linear, como nas concretizações anteriores. Nesta concretização, o reservatório 122 tem uma turbina eólica 100 montada na parte superior, similar à concretização das Figuras 8 a 11. O sistema de ancoragem sob tensão 120 opera de maneira similar à concretização das Figuras 8 ali, exceto que, neste caso, o sistema de controle é configurado para permitir que os geradores elétricos 86 operem sob eficiência máxima para gerar energia elétrica, uma vez que agora eles não precisam atuar como meios de amortecimento. O sistema de ancoragem sob tensão 120 ainda opera como um sistema oscilante que pode ser sintonizado para a freqüência das ondas no oceano para extrair o máximo de energia da resposta de afundamento do reservatório 122.

Agora que várias concretizações do aparelho de conversão de energia das ondas e do sistema de ancoragem sob tensão foram descritas em detalhes, ficará evidente que as concretizações descritas do aparelho oferecem uma série de vantagens se comparado à técnica anterior, dentre elas:

(i) O conversor de energia das ondas tem construção robusta, sendo capaz de resistir à maioria das condições climáticas com probabilidade mínima de danos.

(ii) O sistema de ancoragem sob tensão permite que o aparelho de conversão de energia das ondas seja sintonizado com as condições oceânicas predominantes para manter a eficiência máxima.

(iii) O sistema de ancoragem sob tensão pode ser adaptado para uso com qualquer aparelho de conversão de energia das ondas do tipo flutuante para melhorar sua eficiência operacional. r

(iv) E versátil, sendo capaz de extrair energia de ondas abrangendo uma grande faixa de alturas de onda, freqüências de onda e direções de onda.

(ν) E muito eficiente, usando os princípios de avanço, afundamento, flutuabilidade, pressão hidrostática e hidrodinâmica para extrair a quantidade máxima de energia das ondas.

Os versados na técnica relevante apreciarão de imediato que várias modificações e aperfeiçoamentos podem ser realizados nas concretizações anteriores, além daquelas já descritas, sem divergir dos conceitos básicos inventivos da presente invenção. Por exemplo, o estator não precisa estar localizado no plano ou eixo central do aparelho, podendo estar localizado em qualquer outro lugar na estrutura de suporte do aparelho de conversão de energia das ondas. Portanto, será apreciado que o âmbito da invenção não se limita às concretizações específicas descritas e deve ser determinado pelas reivindicações anexas.

Claims

1. - Sistema de ancoragem sob tensão para um aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas em uma forma mais utilizável, o aparelho tendo uma estrutura com um membro submerso disposto em conexão com o mesmo abaixo do nível médio da água, o sistema de ancoragem sendo caracterizado por compreender: um membro flexível alongado estendendo-se a partir de um meio de lastro até um meio de contrabalanceamento adaptado para ser suspenso a partir do membro submerso via um mecanismo de polia; e um meio de amortecimento para aplicar uma ação de amortecimento ao movimento do membro submerso, o meio de amortecimento aplicando a ação de amortecimento ao membro flexível alongado via o mecanismo de polia.

2. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de contrabalanceamento compreende um vaso contendo uma massa, disposto em conexão com o mesmo, para proporcionar uma força de contrabalanceamento aplicada ao membro submerso via o membro flexível alongado.

3. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o meio de contrabalanceamento compreende um vaso de flutuação ajustável com uma massa, disposto em conexão com o mesmo, sendo que a tlutuabilidade do meio de contrabalanceamento pode ser ajustada para variar a força de contrabalanceamento aplicada ao membro submerso via o membro flexível alongado.

4. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a flutuabilidade do meio de contrabalançamento pode ser ajustada movendo-se um fluido para dentro e para fora do vaso de flutuação via um mecanismo de transporte de fluido.

5. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por adicionalmente compreender um compressor de ar para bombear ar, via uma mangueira de ar, para o vaso de flutuação.

6. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por adicionalmente compreender uma caixa de ancoragem, e pelo fato de que o membro submerso da estrutura é adaptado para ser acoplado à caixa de ancoragem.

7. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o membro submerso é fixado na caixa de ancoragem por um mecanismo de travamento.

8. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de travamento fixa automaticamente o membro submerso na caixa de ancoragem à medida que ele se atraca na caixa de ancoragem.

9. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que todos dentre o meio de amortecimento, o mecanismo de polia e o compressor de ar são alojados na caixa de ancoragem.

10. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que todos dentre o meio de amortecimento, o mecanismo de polia, o compressor de ar e um tanque de flutuação ajustável são alojados na caixa de ancoragem.

11.- Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o meio de amortecimento compreende um gerador elétrico rotativo.

12. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o meio de amortecimento compreende um sistema de frenagem.

13. - Sistema de ancoragem sob tensão, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o meio de amortecimento compreende um sistema de conversão ou extração de energia.

14. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas em uma forma mais utilizável, o aparelho sendo caracterizado por compreender: uma estrutura de suporte alongada projetada para estender-se acima do nível médio da água, tendo um membro submerso disposto em conexão com a mesma abaixo do nível médio da água e um meio de flutuação que permite à estrutura de suporte flutuar no oceano em uma orientação geralmente vertical; um membro flutuante de flutuabilidade positiva montado por deslizamento na estrutura de suporte de modo a ser móvel na direção vertical; e um meio de extração de energia disposto em conexão com a estrutura de suporte e com o membro flutuante, de modo que quando o movimento das ondas provoca um movimento diferencial adequado entre o membro flutuante e a estrutura de suporte, o referido meio de extração de energia converte a energia incidente em uma forma mais utilizável.

15. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o meio de extração de energia compreende um gerador elétrico linear em que um estator é proporcionado, em conexão com o mesmo a estrutura de suporte, e um elemento de translação é proporcionado, em conexão com o mesmo o membro flutuante.

16. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o membro flutuante é provido de uma superfície tipo hidrofólio adaptada para converter um componente horizontal do movimento da onda em um movimento vertical do membro flutuante, potencializando assim a capacidade de extração de energia do membro flutuante.

17. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o membro submerso é provido de uma superfície tipo hidrofólio adaptada para converter um componente horizontal do movimento da onda em um movimento vertical do membro submerso, potencializando assim a capacidade de extração de energia do membro submerso.

18. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o membro submerso é provido de uma câmara de pressão hidrostática de flutuabilidade variável adaptada para converter uma variação na pressão hidrostática a uma altitude constante em uma diminuição ou aumento na flutuabilidade do membro, levando a um movimento vertical associado do membro submerso, fazendo assim com que o membro submerso desça à medida que a aumenta a altura da onda e suba à medida que diminui a altura da onda.

19. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o membro flutuante tem uma seção transversal horizontal alongada com uma extremidade frontal e uma extremidade traseira, a extremidade frontal sendo adaptada para apontar para a direção geral de uma onda se aproximando.

20. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a superfície tipo hidrofólio é uma dentre várias superfícies tipo hidrofólio substancialmente paralelas estendendo- se de forma substancialmente perpendicular a e ao longo dos respectivos primeiro e segundo lados do membro flutuante.

21. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a referida multiplicidade de superfícies tipo hidrofólio é inclinada para baixo a partir da extremidade frontal até a extremidade traseira do membro flutuante, sendo que as partículas de água em uma onda são forçadas para baixo pelas ίο superfícies tipo hidrofólio, criando forças hidrodinâmicas agindo para cima sobre as superfícies tipo aerofólio, forças estas que são somadas a uma força ascendente agindo sobre o membro flutuante devido à flutuabilidade positiva deste.

22. - Membro flutuante aperfeiçoado em um aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas em energia utilizável, o membro flutuante sendo caracterizado por compreender: um membro de flutuabilidade positiva montado por deslizamento em uma estrutura de suporte de modo a ser móvel em uma direção vertical que reage ao movimento das ondas, e tendo uma superfície tipo aerofólio adaptada para converter um componente horizontal do movimento das ondas em um movimento vertical do membro flutuante, potencializando assim a capacidade de extração de energia do membro flutuante.

23. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado por adicionalmente compreender um sistema de ancoragem para ancorar a estrutura ao leito do mar.

24. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o referido membro submerso e o meio de flutuação são adaptados para terem flutuabilidade substancialmente positiva durante o uso, e o referido sistema de ancoragem compreende um meio de amortecimento para aplicar uma ação de amortecimento à estrutura de suporte via o sistema de ancoragem.

25. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o referido meio de amortecimento é adaptado para aumentar a ação de amortecimento quando a energia extraída pelo meio de extração de energia aumenta, por meio do que o movimento diferencial entre o membro flutuante e a estrutura de suporte pode ser maximizado e a quantidade de energia extraída otimizada.

26. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que quando nenhuma ou pouca energia está sendo extraída pelo meio de extração de energia, o referido meio de amortecimento não aplica ação de amortecimento e os esforços mecânicos sobre a estrutura de suporte podem ser minimizados à medida que o sistema de ancoragem se move livremente.

27. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o referido sistema de ancoragem compreende um cabo estendendo-se a partir de um meio de lastro até um meio de contrabalançamento suspenso a partir da estrutura de suporte via um mecanismo de polia.

28. - Aparelho para conversão da energia das ondas oceânicas em energia elétrica, caracterizado por ser substancialmente como aqui descrito com referência a, e como ilustrado em qualquer um ou vários dos desenhos em anexo.

29. - Sistema de ancoragem sob tensão, caracterizado por ser substancialmente como aqui descrito com referência a, e como ilustrado em qualquer um ou vários dos desenhos em anexo.