BRPI0911220B1

BRPI0911220B1 - Pá para aparelho de geração de energia a partir de um fluido e aparelho de geração de energia a partir de um fluido

Info

Publication number: BRPI0911220B1
Application number: BRPI0911220-0A
Authority: BR
Inventors: Nordine Haddjeri
Original assignee: Nheolis (Sarl)
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2020-05-12
Also published as: JP5701204B2; EP2294313B1; FR2930300A1; NZ588867A; CA2719144C; CN102016295B; WO2009133318A2; WO2009133318A3; US20110070094A1; BRPI0911220A2; HK1156674A1; ES2397808T3; AU2009241880A1; JP2011518287A; RU2010147354A; CN102016295A; RU2557966C2; US8562299B2; MX2010011600A; EP2294313A2

Abstract

pá para aparelho de geração de energia a partir de um fluido e aparelho de geração de energia a partir de um fluido pá (2) para aparelho de geração de energia a partir de um fluido, compreendendo uma superfície motor (3) dentro da qual um fluido é destinado a se escoar para arrastar a pá (2) em rotação em torno de um eixo de rotação x0 que define com eixos y0, z0 um marcador x0, y0, z0 ortogonal, delimitado por uma borda de ataque (4) e uma borda de fuga (5), que se reduz entre a borda de ataque (4) e a borda de fuga (5), se estendendo de acordo com uma fibra média (10), onde a projeção da fibra média (10) sobre o plano x0, y0 apresenta uma primeira curvatura, o plano x0, y0 sendo definido de modo a conter a fibra média (10) no nível da borda de ataque (4). aplicação aos aerodínamos notadamente.

Description

“PÁ PARA APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE UM FLUIDO E APARELHO DE GERAÇÃO DE ENERGIA A PARTIR DE UM FLUIDO” [0001] A presente invenção se refere a uma pá para aparelho de geração de energia a partir de um escoamento fluídico que pode ser do ar ou a água.

[0002] As preocupações ambientais e o encarecimento das fontes de energia fóssil conduziram nestes últimos anos a uma renovação de interesse para formas de energias variantes em particular no domínio do eólico.

[0003] As soluções eólicas mais correntes consistem em aerodínamos com eixo horizontal que dispõem de uma hélice que se estende de maneira perpendicular à direção do vento e montada sobre um mastro.

[0004] Esta tecnologia é frequentemente utilizada para instalações de grandes dimensões.

[0005] Soluções de controle mais reduzida, além disso, foram propostas em particular para instalações próximas das edificações consumidoras de energia eléctrica. É neste quadro que se insere o documento FRA-2 872 867 que divulga um aparelho de geração de energia graças à força do vento constituído por um aerogerador que dispõe de um rotor cujas pás são de forma semi troncônica e quase paralela ao seu eixo de rotação. Essencialmente utilizado com um eixo de rotação horizontal, este tipo de aparelho de geração de energia apresenta uma densidade compatível com múltiplas zonas de instalação notadamente sobre as coberturas de edificações.

[0006] Embora estes aerogeradors ofereçam uma eficácia globalmente satisfatória, qualquer melhoria de seu rendimento seria amplamente apreciável.

[0007] A invenção visa melhorar o rendimento deste tipo de aparelho de geração de energia.

[0008] Para esse efeito, está previsto de acordo com a invenção uma pá para aparelho de geração de energia a partir de um fluido, compreendendo uma superfície motor dentro da qual um fluido é destinado a se escoar para arrastar a pá em rotação em torno de um eixo de rotação que define com eixos um

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2/17 marcador , ¥o, ortogonal. A pá é delimitada por uma borda de ataque e uma borda de fuga e reduzida entre a borda de ataque e a borda de fuga. Ela se estende de acordo com uma fibra neutra cuja projeção no plano apresenta uma primeira curvatura, o plano , 7_n sendo definido de modo a conter a fibra neutra no nível da borda de ataque.

[0009] Assim, a invenção prevê uma forma de pá muito particular que lhe permite captar uma parte substancial da energia do fluido. A invenção contribui assim para melhorar significativamente o rendimento dos aparelhos de geração de energia a partir de um escoamento fluídico.

[0010] Facultativamente, a invenção comporta pelo menos qualquer uma das características seguintes:

[0011] - a primeira curvatura é arranjada de modo que no plano , 7_n a fibra neutra se afaste do eixo de rotação desde a borda de ataque até a borda de fuga. De acordo com um modo de realização alternativo, a primeira curvatura é arranjada de modo que no plano , 7_n a fibra neutra se aproxime do eixo de rotação desde a borda de ataque até a borda de fuga.

[0012] - de maneira preferida a pá apresenta uma primeira porção que se estende desde a borda de ataque até a borda de fuga e que está sensivelmente paralelamente ao eixo de rotação X0. Ela apresenta uma segunda porção que se estende desde a primeira porção para a borda de fuga e que é curvada. Esta curvatura tende a se afastar, ou de acordo com um modo de realização alternativo e particularmente vantajoso, a aproximar a borda de fuga do eixo X0. Esta curvatura

V apresenta uma direção sensivelmente perpendicular ao plano -Ή , ¹ o.

t” [0013] - a projeção da fibra neutra no plano -Ή apresenta uma segunda curvatura.

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3/17 [0014] - a fibra neutra é contida em um plano P inclinado de um ângulo d em relação ao plano , ¥o.

[0015] - o ângulo d é compreendido entre 50° e 100° e de preferência entre 60° e

90°, [0016] - de maneira vantajosa, o ângulo d é compreendido entre 55° e 65°, [0017] - o plano P é sensivelmente paralelo ao eixo , [0018] - a fibra neutra presente no plano P tem uma curvatura principal uniforme, [0019] - a referida curvatura principal apresenta um raio de curvatura Rp compreendido entre L/2 e 10L e de preferência entre 0,7L e L, L sendo o comprimento da fibra neutra.

[0020] - a interseção dos planos P e define no nível da borda de ataque um ponto A que pertence a fibra neutra.

[0021] - a fibra neutra compreende um ponto A no nível da borda de ataque, um ponto B incluídos no plano e um ponto C no nível da borda de fuga, de modo que porções AB e BC da fibra neutra respectivamente delimitadas pelos v ÇV pontos A e B e os pontos B e C sejam situados um lado ao outro do plano -Ή , ¹ o. [0022] - a curvatura da fibra neutra define uma parte côncava compreendida entre 0% e 20% e de preferência entre 10% e 15%.

V γ* [0023] - a tangente a fibra neutra ao ponto A fazo com o plano -Ή , ¹ o um ângulo α de cerca de 13°.

[0024] - o comprimento da porção AB é igual a cerca de aum terço do comprimento da porção AC.

[0025] - a superfície motor apresenta uma torção em torno da fibra neutra, [0026] - a torção é pelo menos contínua sobre uma parte da pá, [0027] - a superfície motor apresenta uma torção em torno da fibra neutra sobre a porção BC e não apresenta torção sobre a porção AB.

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4/17 [0028] - a torção da porção BC é compreendida entre 40° e 80° e de preferência da ordem de 60°.

[0029] - a torção da porção BC é contínua, [0030] - a porção AB não apresenta sensivelmente torção.

[0031] - a superfície motor compreende uma abertura que se estende de maneira sensivelmente paralela à fibra neutra.

[0032] - em qualquer ponto pi da fibra neutra, a seção da superfície motor tomada em um plano 7;, z_t, perpendicular ao plano P apresenta uma simetria em relação a um plano, ^zi, ^xi, os planos K·, z_t, e ^zi, ^xi, sendo definidos por um marcador ortogonal ^xi, K/, ^zi, cujo centro é confundido com o ponto, cujo eixo ^x> coincide com tangente à fibra neutra (10) no ponto pi e é orientado para a borda de fuga (5) e cujos eixos Ϋι, ^zi seguem a referida torção.

[0033] - a seção de superfície motor apresenta sensivelmente a forma de uma parte de círculo.

[0034] - o centro da parte de círculo é situado sobre a fibra neutra.

[0035] - para um diâmetro Dataque da seção da superfície motor tomada no nível da borda de ataque, o diâmetro Dfuga da seção da superfície motor tomada no nível de fuga Θ como: Dataque/3,5 < Dfuga < Dataque/2,5.

[0036] - o comprimento L da fibra neutra entre a borda de ataque e a borda de fuga Θ tal que: Dataque * 3,5 < L < Dataque · 4,5.

[0037] - em cada ponto pi da fibra neutra, o plano, ^zi, ^x> é sensivelmente equidistante das duas rebordas que delimitam a abertura contida no plano J6, ^zi.

[0038] Além disso, está previsto de acordo com a invenção um rotor para aparelho de geração de energia a partir de um fluido que compreende pelo menos uma pá de acordo com qualquer uma das características precedentes.

[0039] Prevê-se ainda de acordo com a invenção um aparelho de geração de energia a partir de um fluido que compreende uma geratriz acoplada a tal rotor.

[0040] O rotor é montado sobre um mastro vertical arranjado para se orientar ele

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5/17 mesmo perante a direção do fluido. De preferência esta orientação automática não necessita da ajuda de um sistema externo ou anexo além do rastro induzido pelo escoamento do fluido.

[0041] Outras características, objetivos e vantagens da presente invenção aparecerão à leitura da descrição detalhada que seguirá e em relação aos desenhos anexos dados a título de exemplo não limitativo e nas quais:

[0042] - a figura 1 é uma vista em duas dimensões de uma pá de acordo com um exemplo de realização da invenção no plano , ¥o.

[0043] - a figura 2 é uma vista em duas dimensões da pá da figura 1 no plano ζ, 5ζ.

[0044] - a figura 3 é uma vista em três dimensões da pá da figura 1 no marcador ortogonal , Yo, ^o.

[0045] - a figura 4 é uma vista em três dimensões da geração de uma pá de acordo com outro exemplo de realização da invenção.

[0046] - a figura 5 é uma vista longitudinal de um exemplo de rotor equipado com três pás de acordo com o exemplo ilustrado figura 4.

Y [0047] - a figura 6 é uma vista de acordo com o eixo -Ή do rotor ilustrado na figura 5.

[0048] figuras 7 e 8 ilustram duas vistas de um exemplo de realização de um rotor equipado de pás de acordo com uma variante de realização da invenção.

[0049] Em referência às figuras 1 a 8, exemplos de pá de acordo com a invenção serão apresentados agora. Estas figuras mostram uma pá 2 destinada a girar sob o efeito de um escoamento fluídico em torno de um eixo de rotação . O eixo de γ rotação -Ή é materializado por uma árvore 1 cuja pá 2 é destinada a estar ligada em rotação quando esta equipa um aparelho de geração de energia. As pás 2 representadas nas figuras 1 a 8 são arranjadas para girar em torno do eixo de

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6/17 rotação no sentido horário tal como definido pelo marcador ortogonal , Yo,

O sentido e a direção do escoamento do fluido são ilustrados nas figuras 1 a 3 por setas.

[0050] A pá 2 comporta uma superfície motor 3 delimitada a montante por uma borda de ataque 4 e a jusante por uma borda de fuga 5. A superfície motor 3 define o volume dentro e ao longo do qual o fluido é destinado a se escoar para arrastar a pá 2 em rotação durante o funcionamento.

[0051] A superfície motor 3 se estende de acordo com uma fibra neutra 10. A fibra neutra 10 se estende principalmente de acordo com uma direção sensivelmente

Y paralela ao eixo de rotação ^Λο e consequentemente de acordo com uma direção sensivelmente paralela à direção do vento. A pá 2 objeto da presente invenção se diferencia assim das numerosas pás destinadas a equipar rotores sobre as quais elas se estendem perpendicularmente ao eixo do rotor.

[0052] Em qualquer ponto pi da fibra neutra 10 pode-se definir um, marcador ortogonal ^xi, Ϋι, ^zi cujo centro é confundido com o ponto pi e cujo eixo ^x> coincide com tangente à fibra neutra 10 ao ponto pi e é orientado para a borda de fuga 5. Assim em cada ponto pi, o plano K/, ^zi, define uma seção da superfície motor 3.

[0053] A dimensão das seções da superfície motor 3 diminui desde a borda de ataque 4 até à borda de fuga 5. Esta diminuição pode ser contínua ou descontínua. Nos exemplos ilustrados nas figuras, a variação da dimensão das seções de superfície motor diminui de maneira contínua e linear desde a borda de entrada 4 até a borda de fuga 5. A redução de seção favorece a aceleração do fluido durante seu escoamento na superfície motor.

γ [0054] A fibra neutra 10 e arranjada de modo que a sua projeção no plano ^Λο, Yo apresente uma primeira curvatura.

[0055] No nível da borda de ataque 4, a fibra média 10 corta o plano , Yo.

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7/17 sobre o eixo .

[0056] Esta curvatura permite captar melhor a energia do fluido ao longo de todo seu escoamento ao longo da superfície motor 3, notadamente acompanhando o fluido que tenta se escapar para as zonas que opõem uma menor resistência.

[0057] De maneira vantajosa a fibra neutra 10 é arranjada de modo que sua projeção no plano ^o, ^Λο apresente uma segunda curvatura.

[0058] A energia cinética do fluido pode assim ser captada de maneira mais eficaz, provocando consequentemente uma melhoria sensível do rendimento em relação às pás conhecidas que se estendem principalmente de acordo com uma direção paralela ao eixo de rotação.

[0059] A superfície motor comporta uma abertura 6 sensivelmente paralela à fibra neutra 10.

[0060] No exemplo representado, a abertura 6 se estende desde a borda de ataque 4 até à borda de fuga 5. Esta abertura 6 define duas rebordas que se estendem igualmente de maneira sensivelmente paralela à fibra neutra 10. Assim, cada uma das seções da superfície motor tomadas em um plano V r, ^zi, define um perfil que apresenta uma primeira e uma segunda extremidade que corresponde respectivamente a uma das referidas rebordas.

[0061] A superfície motor 3 é conformada de modo que a fibra neutra 10 seja confundida substancialmente com a linha formada pelo conjunto dos meios dos segmentos que ligam a referida primeira extremidade a referida segunda extremidade.

[0062] Nos modos de realização ilustrados, em cada uma das referidas seção de fibra neutra 10 o referido perfil é sensivelmente simétrico em relação a um eixo de simetria paralelo ao eixo ^zi, e passam pelo meio do segmento que ligam a referida primeira à referida segunda extremidade. Vantajosamente, o perfil define uma parte de círculo. Mais particularmente nos exemplos ilustrados, o perfil apresenta uma forma de meio círculo. Assim, a superfície motor 3 apresenta uma forma semi-cônica

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8/17 cujo eixo é curvado.

[0063] De maneira preferida, a superfície motor 3 apresenta uma torção em torno da fibra neutra 10. Esta torção é aparente sobre as pás do modo de realização ilustrado nas figuras 1 a 6. A superfície motor 3 é conformada de modo que a borda de fuga 5 seja deslocada angularmente em relação à borda de ataque 4 no sentido horário quando a pá 2 é destinada a girar no sentido horário. Esta torção é arranjada de modo que a superfície motor 3 siga os caminhos do fluido a fim de aumentar a transferência de energia entre o fluido e a superfície motor 3.

[0064] A torção pode ser contínua ou não. Além disso, pode se estender sobre conjunto da fibra neutra 10 ou sobre uma porção apenas desta última. No exemplo representado, uma primeira porção de pá 2 que se estende desde a borda de ataque 4 até seção que contém o ponto B não é torcida em relação ao segmento que liga as 2 extremidades da seção de entrada 4. Preferivelmente, este último segmento é quase sempre confundido com o eixo Yo. Uma segunda porção de pá 2 que se estende desde a primeira porção até à borda de fuga 5 é torcida. De maneira vantajosa, a primeira porção de pá 2 se estende a cerca de um terço do comprimento da pá.

[0065] A forma côncava da pá determina uma parte côncava que pode ser compreendida entre 0% e 20% ao longo de todo o a pá e de preferência entre 10% e 15%.

[0066] Esta forma contribui para criar uma depressão sobre os extradorso da pá a fim de favorecer uma primeira força aerodinâmica que gera um torque de arrastamento do rotor.

[0067] O encolhimento contínuo da seção da pá acelera o fluido enquanto que a curvatura da linha média tende a opor ao fluido um ângulo de incidência maior e dirigido para o exterior de modo a captar o fluido que é desviado neste sentido e se escapado para as partes que opõem uma menor resistência.

[0068] A disposição particular da superfície motor 3 impõe ao fluido em escoamento uma restituição otimizada de sua energia. Ele permite consequentemente melhorar muito significativamente o rendimento das pás que se

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9/17 estendem principalmente de maneira paralela ao eixo de rotação.

[0069] Em resumo, a configuração da pá coloca assim em jogo pelo menos dois tipos de forças aerodinâmicas:

[0070] - a primeira é a resultante da compressão sobre os intradorso e a depressão sobre o extradorso, forças que são favorecidas pela curvatura da pá que gera uma parte côncava (que pode ser adaptada às condições de velocidade do fluido sobre o lugar de implantação da máquina). O fluido que é desviado pela forma da pá tem um ângulo de incidência que varia; a cada ângulo de incidência, a pá apresentará sempre uma parte côncava que gera uma força aerodinâmica que no final será a resultante de todas as forças deste tipo que cada uma das partes côncavas elementares que compõem a pá terá gerado;

[0071] - a segunda força é proveniente do fenômeno de Bernoulli onde o fluido é acelerado quando a seção da canalização na qual se escoa diminui. A redução de seção, a curvatura e a torção captam assim a energia que provém deste fenômeno. [0072] A resultante final é a combinação destes efeitos.

[0073] O exemplo de pá 2 ilustrada nas figuras 4 a 6 será agora descrito mais detalhadamente.

[0074] Tal pá 2 retoma as características da pá descrita precedentemente. Ela é arranjada de modo que sua fibra neutra 10 esteja contida em um plano P.

[0075] O eixo Yo é tal que a interseção da fibra neutra 10 e do plano , Yo defina um ponto A pertencente à fibra neutra 10 e situado sensivelmente no nível da borda de ataque 4.

[0076] Este plano P é inclinado em um ângulo d em relação ao plano , Yo. [0077] Vantajosamente, o ângulo d é compreendido entre 50° e 90° e de preferência entre 55 e 65°. De maneira ainda mais vantajosa é sensivelmente igual a 60°.

[0078] A curvatura da fibra neutra 10 no plano P é designada em seguida pela curvatura principal. De maneira preferida, a curvatura principal é sensivelmente constante. Esta curvatura principal apresenta um raio de curvatura RP compreendido

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10/17 entre L/2 e 10L e de preferência entre 0,7L e L.

[0079] Assim, para este exemplo de pá 2 como para estes ilustradas nas figuras 1 a 3 e 7 a 8, a projeção da fibra neutra no plano , Yo apresenta uma primeira curvatura, e a projeção da fibra neutra no plano apresenta uma segunda curvatura.

[0080] Tal como ilustrado o modo de realização representado nas figuras 1 a 6, a curvatura principal é conformada de modo que a fibra neutra 10 se afaste do eixo de

Y rotação -Ή desde a borda de ataque 4 até a borda de fuga 5. De acordo com outro modo de realização ilustrado em figuras 7 e 8, a curvatura principal é conformada de modo que a fibra neutra se aproxime do eixo de rotação desde a borda de ataque até a borda de fuga. Este modo de realização é particularmente vantajoso em termos de rendimento.

[0081] De maneira vantajosa o ponto A é situado sobre o eixo Yo e o plano P é sensivelmente paralelo ao eixo .

[0082] No exemplo ilustrado nas figuras 1 a 6, entre a borda de ataque 4 e a borda de fuga 5, a fibra neutra 10 compreende um ponto B que é incluído no plano , Yo. Além disso, a fibra neutra 10 define um ponto C no nível da borda de fuga

5. A fibra neutra 10 comporta assim duas porções respectivamente delimitadas pelos pontos A e B e os pontos B e C e respectivamente designadas porção AB e porção BC.

[0083] A pá 2 é arranjada de modo que as porções AB e BC sejam situadas um lado ao outro do plano , Yo. No exemplo representado as coordenadas do ponto A sobre o eixo Yo são positivas. As coordenadas dos pontos da linha média que formam a porção AB sobre o eixo são negativas e as coordenadas da linha

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11/17 média que formam a porção BC sobre o eixo são positivas.

v <7 [0084] A tangente à fibra neutra 10 ao ponto A faz com o plano -Ή , um ângulo de cerca de 13°.

[0085] Vantajosamente o comprimento da porção AB é cerca igual ao terço do comprimento da porção AC.

[0086] A superfície motor 3 apresenta uma torção em torno da fibra neutra 10. Esta torção se estende em um sentido horário desde a borda de ataque 4 até a borda de fuga 5.

[0087] Vantajosamente, a superfície motor 3 apresenta uma torção em torno da fibra neutra 10 sobre a porção BC e não apresenta torção sobre a porção AB.

[0088] De maneira preferida a torção é contínua sobre a porção BC. Ela é compreendida entre 40° e 80° e de preferência da ordem de 60°.

[0089] Assim, esta pá permite combinar, entre outros, uma força aerodinâmica que resulta da compressão e da depressão criadas ao longo de toda a pá 2 e uma aceleração do fluido gerada pelo efeito BERNOULLI. Além disso, estes efeitos gerados pela pá 2 são gerados em três dimensões contrariamente as pás conhecidas que canalizam o fluido em um espaço em duas dimensões.

[0090] Os efeitos aerodinâmicos associados às porções AB e BC são sensivelmente semelhantes aos efeitos associados respectivamente as primeiras e segundas porções da pá descrita precedentemente em referência às figuras 1 a 3.

[0091] Como para as pás 2 ilustradas em figuras 1 a 3 e 7 a 8, a superfície motor 3 compreende uma abertura 6 que se estende de maneira sensivelmente paralela à fibra neutra 10 e as seções de superfície motor 3 apresentam sensivelmente a forma de um meio círculo.

[0092] A superfície motor 3 pode ser formada por uma única peça. A figura 4 mostra a geração geométrica da pá. Ela serve para fazer o molde a partir do qual a pá será obtida.

[0093] Revelou-se que uma pá 2 de acordo com a invenção e cujas dimensões verificam as frações seguintes apresentam um rendimento particularmente elevado:

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12/17 [0094] Dataque / 4 < Dfuga < Dataque / 2 Θ Dataque · 3 < L < Dataque · 5 [0095] Mais particularmente [0096] Dataque / 3,5 < Dfuga < Dataque / 2,5 e Dataque • 3,5 < L < Dataque • 4,5 [0097] Mais particularmente, [0098] Dfuga = Dataque / 3 θ L = 4 Dataque [0099] com [00100] - Dataque = dimensão característica da seção da superfície motor no nível da borda de ataque. No caso de uma seção na forma de semi-círculo, Dataque corresponde ao diâmetro da referida seção no nível da borda de ataque.

[00101] - Dfuga = dimensão característica da seção da superfície motor no nível da borda de fuga. No caso de uma seção na forma de semi-círculo, Dfuga corresponde ao diâmetro da referida seção no nível da borda de fuga.

[00102] - L = comprimento da corda da fibra neutra 10 entre as bordas de ataque e de fuga.

[00103] Por exemplo, a pá 2 ilustrada nas figuras 4 a 6 apresenta as seguintes dimensões:

[00104] - comprimento da fibra neutra L = 2 metros; Dataque = 0,50 m; Dfuga =0,17 m; Rp raio da curvatura principal =1,60 m; ângulo d=60°, ângulo que intercepta o arco da fibra médio O=72° [00105] O comprimento da fibra neutra é adaptado para a produção da energia desejada e isto até para as altas energias da ordem do Megawatt.

[00106] Como indicado precedentemente, a invenção tem igualmente por objeto um rotor para aparelho de geração de energia a partir de um escoamento fluídico.

[00107] Tal rotor compreende uma árvore 1 representada na figura 1 e 2 assim como pelo menos uma pá 2. Como ilustrado nas figuras 5 e 6 o rotor é equipado de três pás repartidas em torno da árvore e separadas umas das outras por um ângulo de 120°. O número de pás pode ser reduzido ou aumentado.

[00108] A pá 2 compreende meios de fixação não representados, para ligar a superfície motor 3 à árvore 1 do rotor. Os meios de ligação são bem conhecidos pelo especialista como ilustra o documento FR 2.172.867.

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13/17 [00109] Quando as pás são montadas sobre a árvore, a borda de ataque define com a árvore no plano ^o, um ângulo designado ângulo de incidência.

Recorda-se aqui que o eixo em torno do qual a pá 2 é destinada a girar sensivelmente é paralelo à direção do vento.

[00110] O ângulo de incidência a é compreendido entre -20° e 40° e mais vantajosamente entre -15° e 30°. De maneira ainda mais vantajosa, o ângulo de incidência a é compreendido entre. -15° e 10°.

[00111] O rotor é arranjado a fim de limitar ao máximo a distância entre a árvore 1 e a superfície motor 3 a fim de diminuir as solicitações mecânicas das peças que constituem o rotor. Assim, como representado nas figuras 5 e 6, a superfície motor 3 é justaposta à árvore 1.

[00112] O traço do plano P no plano XY é uma reta paralela ao eixo X mas que pode também apresentar com este eixo um ângulo β designado ângulo de inclinação.

[00113] O ângulo de inclinação β é compreendido entre 0° e 30° e mais vantajosamente entre 0° e 20 °. De maneira ainda mais vantajosa, o ângulo de incidência β é compreendido entre 0° e 12°.

[00114] De maneira preferida, os meios de ligação são arranjados a fim de dominar o ângulo de incidência a e/ou o ângulo de inclinação β em função da velocidade do vento. Assim, pode-se prever dominar o ângulo de incidência a de modo que a velocidade de rotação do rotor se trone sensivelmente constante qualquer que seja a velocidade do vento.

[00115] N variante de realização ilustrada nas figuras 7 e 8, o rotor compreende 4 pás. A fibra neutra de cada um destas pás é compreendida em um plano P e suas duas rebordas respectivas definidas pela abertura 6 são compreendidas igualmente em um plano. Esta última característica aparece claramente sobre duas das pás da figura 7. Esta pá retoma as características das pás descritas precedentemente em referência às figuras 1 a 6. Ela não apresenta no entanto obrigatoriamente torção em torno da fibra neutra. A fibra neutra apresenta uma curvatura. Esta curvatura tende a

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14/17 γ

aproximar a borda de fuga 5 do eixo de rotação -Ή .

[00116] A invenção traz, além disso, sobre um aparelho de geração de energia que comporta uma nacela sobre a qual o rotor é montado livre em rotação em torno do eixo *o assim como uma geratriz de energia acoplada ao rotor.

[00117] De maneira vantajosa, o aparelho compreende meios de rotação para orientar a árvore 1 do rotor de maneira sensivelmente paralela à direção do vento.

[00118] Pode-se igualmente prever que a nacela seja montada em rotação sobre um mastro que se estende de modo sensível verticalmente quando a direção do fluido for horizontal. Além disso, pode-se prever que o aparelho seja arranjado de modo que a força de arastamento oriente o sistema em frente ao fluido sem necessitar de meios adicionais de rotação.

[00119] As pás, objetos da presente invenção, permitiram obter aparelhos de geração de energia cujos rendimentos são substancialmente superiores a estes dos aparelhos de geração de energia conhecidos.

[00120] A pá de acordo com a invenção pode também ser definida por um dos processos que permitem sua obtenção. Tal processo consiste em dispor de uma pá que compreende uma superfície motor dentro da qual um fluido é destinado a se γ escoar para arrastar a pá em rotação em torno de um eixo de rotação , a pá delimitada por uma borda de ataque e uma borda de fuga e a superfície motor se reduzindo entre a borda de ataque e a borda de fuga. Além disso, este processo compreende uma etapa na qual se dispõe a pá de modo que a superfície motor se estenda de acordo com uma fibra neutra contida em um plano P. Além disso, arranja-se a superfície motor de modo que o plano P seja inclinado em um ângulo d em relação ao plano ortogonal o plano sendo tal que, no nível da borda de ataque, a fibra neutra corte este plano.

[00121] Pode-se igualmente prever uma etapa que consiste em curvar a fibra neutra no plano P.

[00122] Pode-se prever que esta curvatura tende a afastar a borda de fuga do

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15/17 γ

eixo -Ή como representado nas figuras 1 a 6. Em um modo de realização alternativo, prevê-se que esta curvatura tende a aproximar a borda de fuga do eixo de rotação . Este modo de realização melhora significativamente o rendimento do aerodínamo.

[00123] Pode-se, além disso, prever uma etapa de torção da superfície motor em torno da fibra neutra.

[00124] De acordo com ainda um outro modo de realização, a superfície motor apresenta uma primeira curvatura cuja direção de curvatura, designada primeira γ direção de curvatura, é sensivelmente perpendicular ao eixo de rotação -Ή e uma segunda curvatura, designado segunda direção de curvatura, cuja direção de curvatura é inclinada sensivelmente em relação primeira à direção de curvatura. Vantajosamente a segunda direção de curvatura é sensivelmente perpendicular à primeira direção de curvatura. Mais particularmente é sensivelmente perpendicular ao plano ^o, .

[00125] De maneira vantajosa, a pá compreende uma primeira porção que se estende desde a borda de ataque até a borda de fuga e cuja curvatura é sensivelmente nula de acordo com a primeira direção de curvatura. Ela compreende uma segunda porção que se estende desde a primeira porção até a borda de fuga e que apresenta uma curvatura de acordo com a primeira direção de curvatura. Esta primeira curvatura tende a aproximar a borda de fuga do eixo de rotação .

[00126] Esta dupla curvatura permite melhorar a transferência de energia entre o fluido e a pá. Ela aumenta o rendimento deste último.

[00127] Designa-se direção de curvatura a direção do eixo, ou eixos paralelos entre si, em torno do qual ou dos quais conviria deformar a pá para obter uma curvatura desejada. Uma mesma porção de pá pode apresentar várias direções de curvatura.

[00128] A pá pode apresentar de acordo com uma mesma direção de curvatura,

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16/17 uma curvatura constante (mesmo eixo, mesmo raio), ou uma curvatura cujo raio varia e/ou apresenta vários eixos de curvaturas paralelos a esta mesma direção de curvatura. Vantajosamente, cada uma das primeira e segunda curvaturas é constante sobre a porção de pá curvada.

[00129] A pá de acordo com o modo de realização precedente pode também ser definida por um dos processos que permitem sua obtenção. Tal processo consiste em dispor de uma pá que compreenda uma superfície motor dentro da qual um fluido é destinado a se escoar para arrastar a pá em rotação em torno de um eixo de

Y rotação -Ή , a pá sendo delimitada por uma borda de ataque e uma borda de fuga e a superfície motor se reduzindo entre a borda de ataque e a borda de fuga. A pá apresenta, por exemplo, uma forma semi troncônica.

[00130] Prevê-se uma etapa que consiste em curvar a pá, pelo menos sobre uma porção que se estende desde a borda de fuga até a borda de ataque, de acordo com uma primeira direção de curvatura.

[00131] Prevê-se igualmente uma etapa que consiste em curvar a pá, pelo menos sobre esta mesma porção, de acordo com uma segunda direção de curvatura sensivelmente inclinada em relação a primeira direção de curvatura. A segunda direção de curvatura pode ser sensivelmente perpendicular à primeira direção de curvatura.

[00132] De maneira preferida, a primeira direção de curvatura é sensivelmente perpendicular ao plano , Yo e a segunda direção de curvatura é sensivelmente t” perpendicular ao plano , .

[00133] Estas duas etapas de curvatura da pá podem ser efetuadas de modo que a fibra neutra permaneça no plano P inclinado de um ângulo d em relação ao plano

Y ortogonal -Ή , ¹ o mencionado precedentemente.

[00134] Pode-se, além disso, prever uma etapa de torção da superfície motor em torno da fibra neutra.

[00135] A presente invenção não se limita aos modos de realização descritos

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17/17 acima, mas se estende a todos os modos de realização de acordo com seu espírito. [00136] Além disso, o perfil das bordas de ataque 4 e de fuga 5 poderão ser objeto de ajuste sem, no entanto, que a fibra neutra apresente sobre a essência de seu comprimento as características mencionadas precedentemente.

[00137] Além disso, este tipo de pá pode ser utilizada com qualquer tipo de fluido e notadamente com o ar ou a água.

[00138] REFERÊNCIAS

1. Árvore

2. Pá

3. Superfície motor

4. Borda de ataque

5. Borda de fuga

6. Abertura

7. Dataque

8. Dfuga

9. Comprimento de corda

10. Fibra neutra

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pá (2) para aparelho de geração de energia a partir de um fluido, compreendendo uma superfície motor (3)

- dentro da qual um fluido é destinado a se escoar para acionar a pá (2) em rotação em torno de um eixo de rotação que define com os eixos Yo, um marcador •''•ο, *ο, o ortogonal,

- delimitada por uma borda de ataque (4) e uma borda de fuga (5), que se estreita entre a borda de ataque (4) e a borda de fuga (5),

- que se estende de acordo com uma fibra neutra (10), caracterizada pelo fato de que a projeção da fibra neutra (10) no plano , Y_o apresenta uma primeira curvatura, disposta de modo que no plano , Y₀ a fibra neutra se afasta do eixo de rotação desde a borda de ataque até a borda de fuga, o plano , Yo sendo definido de modo a conter a fibra neutra (10) ao longo da borda de ataque (4).
2. Pá (2) para aparelho de geração de energia a partir de um fluido, compreendendo uma superfície motor (3)

- dentro da qual um fluido é destinado a se escoar para acionar a pá (2) em rotação em torno de um eixo de rotação que define com os eixos Yo, um marcador •''•o, *o, o ortogonal,

- delimitada por uma borda de ataque (4) e uma borda de fuga (5), que se estreita entre a borda de ataque (4) e a borda de fuga (5),

- que se estende de acordo com uma fibra neutra (10), caracterizada pelo fato de que a projeção da fibra neutra (10) no plano , Yo apresenta uma primeira curvatura, disposta de modo que no plano ,

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Yo a fibra neutra se aproxima do eixo de rotação desde a borda de ataque até a borda de fuga, o plano , Yo sendo definido de modo a conter a fibra neutra (10) ao longo da borda de ataque (4).
3 Pá (2) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a projeção da fibra neutra (10) no plano -°ο, -Ή apresenta uma segunda curvatura.
4. Pá (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a fibra neutra (10) é contida em um plano P inclinado de um ângulo d em relação ao plano , Yo.
5. Pá (2) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que ângulo d está compreendido entre 50° e 90° e de preferência entre 55° e 65°.
6. Pá (2) de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que o plano P é sensivelmente paralelo ao eixo .
7. Pá (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizada pelo fato de que a fibra neutra apresenta no plano P uma curvatura principal de raio constante.
8. Pá (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a fibra neutra (10) compreende um ponto A na borda

V de ataque, um ponto B incluído no plano -Ή, ¹ o e um ponto C na borda de fuga (5), de modo que porções AB e BC da fibra neutra respectivamente delimitadas pelos pontos A e B e pelos pontos B e C estejam situadas de um lado ao outro do plano *o , Yo , a porção AB da fibra neutra (10) definida em relação ao plano , Yo, uma parte côncava compreendida entre 10% e 15%.
9. Pá (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a superfície motor (3) apresenta uma torção em torno

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3/4 da fibra neutra (10).
10. Pá (2) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a superfície motor (3) apresenta uma torção em torno da fibra neutra (10) e na qual a superfície motor (3) apresenta, ao longo da porção BC, uma torção em torno da fibra neutra (10), compreendida entre 40° e 80° e de preferência da ordem de 60°e não apresenta torção ao longo da porção AB.
11. Pá (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a superfície motor (3) compreende uma abertura (6) que se estende de maneira sensivelmente paralela à fibra neutra (10).
12. Pá (2) de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de a superfície motor (3) apresenta uma torção em torno da fibra neutra (10) e em que em qualquer ponto pi da fibra neutra (10), a seção da superfície motor (3) encontrada em um plano K/, ^z> perpendicular ao plano P apresenta uma simetria em relação um > ····—* ...... I I ...» plano ^zi, ^xi, planos K/, ^zi, e ^zi, ^xí, sendo definidos por um marcador ortogonal ^xi, 7’, ^zi cujo centro é coincidente com o ponto pi, cujo eixo \ coincide com a tangente com a fibra neutra (10) no ponto pi, e é orientado para a borda de fuga (5) e cujos eixos y>, ^zi seguem a referida torção.
13. Pá (2) de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a seção de superfície motor (3) apresenta sensivelmente a forma de uma parte de círculo.
14. Pá (2) de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que, para um diâmetro Dataque (7) da seção da superfície motor (3) tomado na borda de ataque (4), o diâmetro Dfuga (8) da seção da superfície motor (3) tomado na borda de fuga é tal que

Dataque / 3,5 < Dfuga < Dataque / 2,5
15. Pá de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizada pelo fato de que, para um diâmetro Dataque (7) da seção da superfície motor (3) tomado na borda de ataque, a corda entre a borda de ataque (4) e a borda de fuga (5) apresenta um comprimento L (9) tal que :

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Dataque · 3,5 < L < Dataque · 4,5.
16. Aparelho de geração de energia a partir de um fluido caracterizado pelo fato de que compreende um rotor que tem pelo menos uma pá (2) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 15.