BRPI0904411A2 - turbina eólica flutuante de eixo vertical - Google Patents

Abstract

TURBINA EóLICA FLUTUANTE DE EIXO VERTICAL. Turbina eólica composta de sistema de captação com comportas de vento móveis que captam o vento de todas as direções e o converge para a turbina em afunilamento, contando também com sistema de flutuação que elimina o atrito com rolamentos e partes mecânicas móveis, podendo ser construída em grandes dimensões. Notadamente os setores energéticos e industriais são as áreas técnicas as quais se destina a presente invenção.

Description

"TURBINA EÓLICA FLUTUANTE DE EIXO VERTICAL"

A presente invenção se refere a uma turbina eólica degrandes dimensões que capta e transforma a força do vento emenergia mecânica. Poderá ser produzida em infinitos tamanhos.

Possui ao seu redor um sistema de captação de vento comcomportas de ar. Comportas estas que se encontram soltas,abrindo e fechando mecanicamente pela força do vento e setravando em determinado ângulo. Esse sistema capta o vento detodas as direções e o converge para o centro da turbina. Possuitambém um meio que elimina o atrito com rolamentos, sendo que aturbina gira flutuando em meio líquido, deslizando e sendosustentada pela água ou fluido.

O mundo busca esse tipo de energia por ser limpa eecológica. As atuais turbinas são pouco eficientes e de custoelevado. Ainda se busca a solução de um meio que elimine o atritocausado por rolamentos que sustentam grande massa. Temoscomo exemplo o sistema Maglev onde a turbina flutuaria suspensapela repulsão magnética através de ímãs permanentes deneodímio. Também como exemplo a patente norte americana denúmero 6870280 de 2002 onde se busca um modo de captar ovento e orientá-lo para a turbina. O que se propõe no presenteinvento é um novo sistema, que é bastante simples, podendo serconstruído em grandes dimensões, de custo reduzido e altaeficiência. Os setores energéticos e industriais são as áreastécnicas as quais se destina a presente invenção.

O sistema é constituído por partes fixas e móveis. Móvelserá a turbina e a comporta de ar, que funcionam mecanicamente.Fixas serão quatro paredes direcionadoras e a laje acima daturbina. No exemplo a parte fixa poderá ser construída utilizandotijolo e concreto comuns nas construções de prédios. Serãoparedes direcionadoras de vento de grande altura. Todo o sistemateria aproximadamente 50 metros de altura. Elas se manterãoeretas pelo próprio alicerce de concreto bem como por cabos deaço fixando uma às outras e ao solo, como grandes torres de rádio.

Observando o sistema em uma vista de cima (fig.1) vê-se ao centro a turbina de seis hélices. Quatro bifurcações com 90°graus de abertura se situam ao redor da turbina sendo que todas asbifurcações apontam para dentro do sistema. As aberturas dasquatro bifurcações se direcionam para norte, sul, leste e oeste.

Nessas bifurcações serão instaladas as comportas de ar. Taiscomportas serão duplas, tendo dois eixos de abertura, cada um emuma extremidade. Elas se abrem para direita quando o vento vemde uma direção e para esquerda quando vem de outra (fig.2a).

Neste exemplo cada bifurcação possui sete colunas de comportas,cada coluna com determinada quantidade de comportas. Todas ascomportas estão soltas. Travam-se em seu alinhamento e se abremem um ângulo de 45° graus, permitindo que o vento flua em direçãoao centro da turbina. Tais colunas terão grande altura e serãoconstruídas de forma a resistir às fortes correntes de vento. Otravamento na abertura poderá ser feito por cabos ou molas ligadosà extremidade das comportas, pois, em caso de ventos extremosdeverá ser flexível, se adaptando e cedendo às condições do vento,de forma que deverão sofrer determinada pressão do vento paraultrapassar 45° graus de abertura.Podemos observar que somente nas extremidadesdesse sistema o vento incidirá em um ângulo superior a 45° graus.

Essa incidência é exceção. A dupla abertura das comportaspermitirá o livre fluxo do vento quando incidir diretamente (fig.2a),permitindo também a liberação do vento do sistema. No mais, todoo vento incide em ângulo inferior a 45° graus e escoa pelas paredesdirecionadoras se dirigindo para o centro da turbina. Dessa formatodo o sistema permite que o vento flua, o que não ocorre comprédios, em que o vento é diretamente barrado em ângulo de 90°graus dependendo da direção da corrente de vento. Esse fatorpermitirá a construção de altas paredes de modo econômico.

Passo a denominar as bifurcações de setores. Observa-se para melhor entendimento que quando o vento vem do sul (fig.1)as colunas de comportas do setor sul estarão abertas permitindo ofluxo do vento para o centro da turbina. No mesmo caso, quatrocolunas do setor leste e três do oeste se travam na parede,direcionando o vento em um ângulo de 45° graus para o centro daturbina. As partes fixas potencializam o direcionamento da correntede vento para as pás.

No segundo exemplo (fig.2) o vento vem da direçãosudoeste. Neste caso três colunas de comportas do setor sul equatro do setor oeste se abrem e se travam em ângulo de 45° grausdirecionando o vento. Outras comportas restantes desses doissetores serão fechadas pela ação do vento. Ao redor da turbinadezesseis pequenas comportas terão a função de impedir o fluxocontrário do vento. Elas se travam para um lado impedindo o fluxoem sentido horário bem como pressionam o vento contra a turbina,sendo que se abrirão quando sofrerem determinada pressão dovento permitindo que o mesmo flua.

Acima das oito paredes curvas, ao redor da turbina,será construída uma laje de concreto que deverá aumentar apressão do vento para impulsionar mais eficientemente as hélices.Essa laje terá um vão central para saída do vento.

Os desenhos representados pelas figuras 1, 2 e 3 foramfeitos unicamente para melhor compreensão do invento. Proporção,posição, inclinação das comportas, dimensionamento, quantidade eformato das pás da turbina bem como infinitos detalhes somentepoderão ser definidos após protótipo com testes, acertos e erros.

Enfim, tal invento carece desenvolvimento sendo que naturalmenteirá evoluir com experimentos.

Quanto ao sistema de flutuação (fig.3), este substituirárolamentos que sustentam grande massa. Nesse invento o que sebusca é um sistema de captação eólica de grande proporção quedeverá substituir as turbinas convencionais. Como exemplo areferida turbina vertical teria cerca de 40 metros de altura por cercade 15 metros de raio. Supondo um peso de cem toneladas, aturbina seria construída fixa sobre uma grande barcaça redonda emformato de bóia, tendo um orifício no centro (fig.3a). O raio e aprofundidade (volume) dessa barcaça gigante deverão deslocarcem mil litros de água, gerando a flutuação. Flutuaria como umabóia ou sobre uma camada de ar, como um copo de boca parabaixo na água. A superfície da barcaça em contato com a águadeverá ser extremamente lisa, minimizando arugosidade/resistência. O balanceamento, nivelação da água eformato arredondado deverão ser absolutamente precisos, de formaa deslizar pelo líquido em movimento circular sem deslocar a água.

A referida barcaça poderá ser construída com fibra de vidro e metal,próprios da construção de embarcações.

O reservatório, que será de concreto, deverá serconstruído de forma semelhante a uma fôrma redonda usada parafazer bolo, tendo no centro uma abertura (fig.3b). Através dessaabertura o eixo da turbina será Iwado por um rolamento. Tambémna parte superior da turbina outro rolamento manterá o eixoperfeitamente alinhado na posição vertical. Os rolamentos nãosustentam a turbina, que é sustentada somente pela água ou ar. Asbordas do reservatório serão tapadas para impedir o contato dovento com a água de forma a impossibilitar qualquer ondulação, quepoderia gerar leve oscilação da turbina O gerador poderá serposicionado abaixo do reservatório ou na Iaje acima da turbina,sendo ligado ao seu eixo.

Por absurdo que possa parecer essa turbina não deveráser leve. Pelo contrário, sua massa poderá ser relativa, poisindependentemente do peso ela irá girar com um coeficiente derugosidade/atrito insignificante. O peso irá favorecer a inércia, poisnesse sistema mesmo o vento mais leve irá mover a turbina. Ainércia acumularia energia dnética diminuindo a oscilação davelocidade da turbina, causada pela mudança na velocidade dascorrentes de vento. Um sistema poderia ser construídoseparadamente, ligado à turbina por eixo e embreagem, com aúnica finalidade de acumular energia cinética. Esse sistemaaproveitaria ventos de alta velocidade, compensando momentos defalta de vento, regulando a velocidade do gerador.

A maior das turbinas de eixo horizontal possui menosque IOOOm2 de área de superfície em suas três pás sendo quesomente o vento que colide com suas pás é convertido emmovimento. O atrito com rolamentos diminui o rendimento, pois ahélice pesa em média trirrta toneladas. Nesse sistema de eixovertical, grande quantidade de vento seria captada (40m de alturapor 100m de extensão, exemplificando), afunilado para o centro daturbina e transformado em energia mecânica. O atrito aqui éreduzido a um coeficiente insignificante. A construção de umsistema de grandes dimensões despenderia uso de tecnologiabastante simples em relação às turbinas convencionais.

Claims (2)

1. Turbina eólica vertical flutuante caracterizada porpossuir um sistema de captação de vento composto por paredesfixas e comportas móveis que se abrem e se fecham pela ação dovento, permitindo a captação do vento de todas as direções e oconvergindo para a turbina.

2. Turbina eólica caracterizada pelo fato de possuir umsistema em que se sustenta e gira flutuando sobre urna camada dear, úvre ao atrito com partes mecânicas moveis, podendo talsistema, por eliminar a resistência, além de ter a finalidade desustentar a turbina, ser construído separadamente com a função deacumular energia ctnética.