BRPI0804542A2 - usina hidrelétrica de água reciclada - Google Patents

Abstract

Patente de invenção para geração de energia elétrica através do uso de água reciclada em usinas hidrelétricas verticalizadas, ou seja, com estágios sobrepostos de queda d'água onde a mesma será recalcada através de bombas hidráulicas (5 e 7) fig 1 e 2 respectivamente, e adutoras (6 para fig. 1 e 8 para fig.2) nas alturas projetadas de acordo com a necessidade de cada projeto. Nos desenhos das figs 1 e 2, as alturas consideradas foram de 70 metros e 105 metros respectivamente, utilizando-se de duas turbinas hidráulicas na fig. 1 (1 e 2) e três turbinas na fig. 2 (1,2 e 3) e dois geradores de energia na fig. 1 (3 e 4) e na fig. 2, três geradores (4, 5 e 6) e um reservatório/caixa d'água (12 e 13) correspondentes a fig. 1 e 2. A quebra do paradigma é factível. A segurança estratégica de um pais é a sua independência energética, dentro dos preceitos da responsabilidade sócio-ambiental.

Description

"USINA HIDRELÉTRICA DE ÁGUA RECICLADA"

A presente patente de invenção tem porobjetivo um projeto de geração de energia hidrelétrica utilizando-se de água reciclada, atendendo a demanda crescente de energiaelétrica no mundo, sendo esta energia, limpa, renovável e infinita,em conformidade com a responsabilidade ambiental.

O projeto fundamental consiste emutilizar-se de duas ou mais quedas d'água, em dois ou maisestágios sobrepostos de altura, com duas ou mais turbinashidráulicas, dois ou mais geradores de energia, adutoras (tubos)de recalque, adutora de sangradouro (descarga), bombashidráulicas de recalque e uma caixa/reservatório de água.

As construções de usinas hidrelétricasconvencionais, além de exigir altíssimos investimentos, causamgrande impacto sócio-ambiental, ou seja, na fauna, flora ecomunidades, submergindo grandes áreas de terras, que poderiamter uma exploração sustentável ou fontes de biodiversidade, alémde exigir a construção em locais distantes do consumo, com altosinvestimentos em transmissão.

O projeto, objeto da presente patente deinvenção, que utiliza usinas hidrelétricas de águas recicladas,permite a sua instalação em todos os pontos existentes do planeta,mesmo onde não exista água, transportando até lá a águanecessária.

Outra possibilidade da instalação dessausina, seria próxima a um lago existente, ou rio caudaloso,tornando desnecessário a construção da caixa/reservatório d'água,sendo que as desvantagens poderão estar na qualidade e pureza daágua, onde exigiria sistema de limpeza e as oscilações da alturado nível de água, principalmente dos rios.

Os desenhos anexos, através das figuras 1e 2, objeto da presente patente, mostram as descrições de doisexemplos hipotéticos, sem escala.

A fig. 1 ilustra uma usina com doisestágios de sobreposição, sendo reservado um espaço de 5 metrosao nível do chão (0-5) para a instalação da 2a turbina, de 5-35metros (30 metros livre) para queda d* água da 2a turbina,constituindo uma primeira coluna de 35 metros de altura total; 35-40 metros, espaço para a instalação da Ia turbina; 40-70 metros(30 metros livre) para a queda d'água da Ia turbina, constituindouma segunda coluna de 35 metros. A soma das duas colunastotalizam 70 metros de altura. Entre a primeira, e a segundacoluna, colunas estas por onde passará a água, que podemoschamar de tubos ou adutoras, haverá uma distância suficiente paraser interligada por adutora de concreto ou metálica que permite aconstrução de dois registros de gaveta, sendo um para desvio daágua que iria para a 2a turbina, encaminhando a água para acaixa/reservatório e o outro, para interrupção do acesso de água à2o turbina. A caixa/reservatório d'água e as bombas hidráulicasserão instaladas na saída da adutora (descarga) da 2a turbina, omais próximo possível, reduzindo o comprimento das adutoras derecalque que elevarão a água das caixa/depósito d'água até a bocada tubulação de recepção da Ia turbina. Os dois geradoreselétricos ficarão ao lado das duas turbinas. Haverá doze registrosde gaveta nas seis adutoras de recalque, possibilitando a elevaçãod'água para a Ia ou 2a turbina. Resumindo:

- número de turbinas igual a duas: Ia turbina (1), 2a turbina (2);

- geradores elétricos igual a dois: Io gerador (3), 2o gerador (4);

- bombas hidráulicas de recalque igual a seis (5);

- adutoras metálicas de recalque igual a seis (6);

- diâmetro das adutoras de recalque igual a 40 cm;

- diâmetro da tubulação de entrada de água nas turbinas igual a 1metro;

- registros de gavetas igual a quatorze (7);

- adutora final de descarga igual a uma (8);

- adutora intermediária das duas colunas igual a uma (9);

- altura total da usina igual a 70 metros, sendo 10 metros para ainstalação das duas turbinas e 60 metros de quedas d'água.- a coluna da 2a turbina terá um total de 35 metros (10);

- a coluna da Ia turbina terá um total de 35 metros (11);

- caixa/reservatório d'água igual a uma (12);

- volume aproximado de água no circuito igual a 150 m ;

- volume aproximado total de água na caixa/reservatório d'águaigual a 250 m3;

- dimensão aproximada da caixa/reservatório d'água igual a 5metros de profundidade/5 metros de largura/10 metros decomprimento;

- profundidade aproximada do tubo de sucção igual a 4 metros;

- após ligada as bombas hidráulicas sobrarão aproximadamente100 m3 de água na caixa/reservatório d'água.

- a dimensão, e cálculo da estrutura de concreto armado quesuportarão as colunas d'águas, turbinas, geradores, etc deverão serfeitos conforme as especificações do projeto.

Como se observa, estas turbinasfuncionariam concomitantemente ou individualmente, em caso demanutenção de uma ou outra, o sistema possibilitaria a nãointerrupção do recalque da água e do abastecimento do circuito,evitando-se um novo "start". Este modelo de usina seria maisapropriado para regiões que não tenham redes públicas de energiapara dar o "start", evitando-se novamente a contratação de gruposde mo to-geradores. É importante salientar que o projeto idealdeveria contemplar que a geração de energia individual de cadaturbina seja suficiente para suportar o gasto da soma das energiasdas bombas hidráulicas, para que o sistema não seja interrompido.

A fig. 2 ilustra uma usina hidrelétrica deágua reciclada, objeto da presente patente, constituindo-se de trêsestágios sobrepostos, sendo cada estágio de 35 metros, totalizando105 metros, em uma única coluna de 1 metro de diâmetro, dealvenaria, utilizando-se de três turbinas hidráulicas, três geradoresde energia, seis bombas hidráulicas, seis adutoras metálicas derecalque de 40 cm de diâmetro, uma caixa/reservatório cTágua de250 m , uma adutora (tubo) de descarga após a terceira turbina,indo até a caixa/reservatório cTágua, Resumindo:

- número de turbinas igual a três: Ia turbina (1), 2a turbina (2), 3aturbina (3);

- geradores elétricos igual a três: Io gerador (4), 2o gerador (5), 3ogerador (6);

- bombas hidráulicas de recalque igual a seis (7);

- adutoras metálicas de recalque igual a seis (8);

- diâmetro das adutoras de recalque igual a 40 cm;

- diâmetro da tubulação de entrada de água nas turbinas igual a 1metro;

- adutora final de descarga igual a uma (9);- altura total da usina igual a 105 metros, sendo 15 metros para ainstalação das três turbinas e 90 metros de quedas d'água.

- a coluna equivalente ao primeiro estágio da 3a turbina terá umtotal de 35 metros, sendo 5 metros reservado para a instalação daprópria turbina e 30 metros para queda d*água livre (10);

- a coluna da 2a turbina terá um total de 35 metros, sendo 5 metrosreservado para a Instalação da turbina e 30 metros de quedad* água livre (11);

- a coluna da Ia turbina terá um total de 35 metros, sendo 5 metrosreservado para a instalação da turbina e 30 metros de quedad'água livre (12);

- caixa/reservatório d'água igual a uma (13);

- volume aproximado de água no circuito igual a 150 m ;

- volume aproximado total de água na caixa/reservatório d*águaigual a 250 m3;

- dimensão aproximada da caixa/reservatório d'água igual a 5metros de profundidade/5 metros de largura/10 metros decomprimento;

- profundidade aproximada do tubo de sucção igual a 4 metros;

- após ligada as bombas hidráulicas sobrarão aproximadamente100mJde água na caixa/reservatório d'água.- a dimensão, e cálculo da estrutura de concreto armado quesuportarão a coluna d*água, turbinas, geradores, etc deverão serfeitos conforme as especificações do projeto.

Como ilustrado nas figuras 1 e 2, asalturas das quedas d'águas, número de turbinas, diâmetro enúmero de adutoras de recalque, diâmetro dos tubos, adutoras oucoluna de acesso das águas as turbinas, número de geradores deenergia, diâmetro dos tubos de descarga ou sangradouro, númerode bombas hidráulicas, registros de gavetas, dimensão dacaixa/reservatório/d' água, suas potências, etc estão todoscondicionados as especificações do projeto, compatibilizando-osde maneira a haver um sincronismo perfeito.

Na dimensão das alturas das instalaçõesdas turbinas poderão ter quedas d'águas iguais ou diferentes.

O "start" dos recalques das águas efuncionamento das turbinas poderão ser feitos pela rede públicade energia ou por grupos de moto-geradores. O cálculo do volumede água necessário para o dimensionamento dascaixas/reservatório d*água leva-se em consideração a água quecircula no circuito acrescido de um volume maior para facilitar asucção e a entrada d* água da tubulação de descarga. Deve ternessa caixa/reservatório d* água quebradores de onda e a suaprofundidade deve ser o suficiente para atender o volume que seráusado no circuito após o "starf* e com sobra para não expor forad5 água o tubo da sucção.

O número de bombas hidráulicas e odiâmetro das adutoras de sucção/recalque estará condicionado aotubo de entrada da água nas turbinas. Um maior número debombas hidráulicas e adutoras, ao invés de uma só, facilitará oprocesso do "start" bem como a manutenção das mesmascolocando-se uma ou duas bombas de reserva ou estepe.

O modelo das turbinas e sua forma defixação dependerá de cada projeto. E importante lembrar que naprimeira turbina como a água é recalcada, mesmo despejadadireto na turbina ou no tubo de entrada da turbina, ela terá umapressão.

A construção das usinas pode ser emalvenaria (concreto armado), metálica ou uso combinado dasduas.

Na figura 2, por exemplo, nos últimos 30metros de queda d*água livre, acima da Ia turbina, foi projetadocomo sendo a coluna ou tubo da entrada d'água na turbina, dealvenaria, mas poderia ser utilizado o próprio tubo metálico derecalque em que o mesmo faria uma curva na altura dos 105metros em direção direta à boca da turbina, diminuindo nessecaso, a construção de 30 metros de alvenaria.Como se observa, existem infinitaspossibilidades de combinações e uso de acordo com cada projeto.

Para se colocar as turbinas, geradores eacessório nas alturas, poderia-se utilizar de caminhões guindastesgigantes, elevadores especiais, plataforma metálica móvel edesmontáveí com trilhos para deslocamento com inclinação de45° e munido de guincho em sua extremidade mais alta, etc. Outrapossibilidade seria para esses lugares muito alto, ao invés defundir a turbina em uma única peça, fundir-se, por exemplo, emquatro partes iguais e ser fixada uma a outra no local comparafusos especiais ou soldas especiais, o mesmo acontecendocom os geradores de energia que poderão ser montados no local.

Utilizando-se do exemplo da fig. 2poderia-se construir varias usinas anexas ou uma ao lado da outrae em caso de manutenção de uma aonde não haja rede publica deenergia, as outras supririam a energia suficiente para reinicia-ía.

Claims (9)

1.

"USINA

HIDRELÉTRICA

DE

ÁGUA RECICLADA"compreendida por uma caixa/reservatório d'água (12

e 13),respectivamente das fíg.

1 e 2, onde será instalado bombashidráulicas (5 e 7) das fíg.

1 e 2, e adutoras de recalque (6 e 8) dasfíg.

1 e 25 cujas águas adentrarão nas tubulações das colunas quelevarão águas até a Ia turbina (35-40 metros de altura) (1), e águaaté a 2a turbina (0-5 metros de altura) (2), correspondente a fíg.l ena Ia turbina, que está instalada na altura de 70-75 metros (1), na-2o turbina na altura de 35-40 metros (2) e na 3a turbina na alturade 0-5 metros (3), conforme fíg. 2 e geradores elétricos (3 e 4) deacordo com a fíg. 1 e (4,5,6) correspondente a fíg. 2 de umaadutora final de descarga (8) na fíg. 1 e (9) na fíg. 2, registros degaveta (7) na fíg. 1, constituindo-se todo esse conjunto em umausina de 70 metros de altura (fíg, 1) e 105 metros de altura (fíg.-2), caracterizada por gerar energia elétrica limpa, renovável einfinita com água reciclada, utilizando-se de estágiosverticaiizados ou sobreposto, onde poderão ser projetadostambém em alturas, dimensões e potências variáveis, bem comomaterial de construção diversos de acordo com especificações dosprojetos.