PT2071182E - Um sistema de energia elétrica hidráulica de múltiplas entradas - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"UM SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA HIDRÁULICA DE MÚLTIPLAS ENTRADAS"

CAMPO DA INVENÇÃO Δ presente invenção é um sistema de energia hidreléctrica, mais especificamente; é um sistema que usa a cabeça de elevação; a cabeça de velocidade e a energia elástica potencial da água para produzir a electricidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A força é uma quantidade que empurra ou atrai um carpo. Pode ser induzida pela natureza ou por máquina. É medida em Newtons (n), a força que produz deslocamento (m) constitui trabalho (n -m). A força aplicada é proporcional ao deslocamento produzido. Quão maior for a força aplicada numa massa em particular, maior o seu deslocamento. A energia Mecânica é definida como a capacidade de se fazer trabalho. Ela produz o trabalho que envolve uma quantidade de força. A energia tem o mesmo termo expresso que trabalho; pois o trabalho é também a quantidade medida de energia que é transferida. Ambas as unidades são chamadas de joules ou newton-metros (n-m). Há uma quantidade latente de força existente na energia mecânica. A energia mecânica pode produzir força. Como por exemplo; a força aplicada numa mola de compressão é proporcional ao destacamento ou a sua mudança no comprimento Am. 0 trabalho produzido na mola é igual à energia elástica potencial 2 (n-m) e é armazenado na mola de compressão, Com a libertação da força compressiva, esta energia elástica potencial produzirá uma quantidade do trabalho, produzindo uma quantidade de força (n) que poderia alongar a mola a um comprimento Am. Embora as duas quantidades - Força (n) e Energia (n -m) não sejam iguais nem mesmo similares; elas estão, no entanto, intrinsecamente entrelaçadas.

De acordo com o Principio de Conservação de Energia, a energia não pode ser criada nem destruída; mas, pode ser transformada; transferida; acumulada; armazenada e pode ser tanto aproveitada para o uso construtivo produzindo uma energia útil ou ser convertida em várias formas dissipadas.

Actualmente, as estações de força de hidreléctricas tradicionais proeminentes estão situadas em grandes canais hidráulicos naturais, como por exemplo, a represa de Hoover no Rio Colorado. A construção da represa e a elevação da altura da superfície da água para fornecer o volume armazenado e para aumentar a cabeça potencial dos canais constituem as características principais da nossa capacidade hidreléctrica actual. A entrada única é a elevação induzida pela força gravitacional natural que é transformada em velocidade para mover uma turbina de impulso, ou em pressão para mover uma turbina de reacção. E a única saída é a energia eléctrica.

Esta potência hidreléctrica tradicional não tem entrada de energia eléctrica.

No momento presente, a hidreléctrica é considerada uma das melhores formas de energia, senão a melhor. É limpa. É relativamente económica já que é reciclada pela Mãe 3

Natureza através do ciclo da água. Nenhum combustível fóssil é usado. Nenhum gás prejudicial à atmosfera é emitido. Não obstante, esse modelo tem as suas limitações e defeitos.

Primeiramente, é limitado aos locais onde grandes canais de água naturais fluem. Estes locais estão situados normalmente em áreas distantes, onde as linhas de transmissão da energia às cidades são não somente caras, mas também causam perdas de energia.

Em segundo, a sua operação é totalmente dependente das chuvas sazonais, sendo que sua média anual da saída está por volta de 50% da capacidade instalada.

Em terceiro, a construção de uma represa pode inundar terras de pasto e cultivo e pode ter altos custos sociais.

Em quarto, o tempo da construção de uma represa é muito longo.

Em quinto, os trabalhos civis necessários são caros.

Em sexto, a remoção contínua de resíduos rio acima constitui um trabalho de manutenção sistemático e o problema da sedimentação está sempre presente. E, por último, há sempre o perigo da falha na represa, o que pode trazer consequências catastróficas a vidas e propriedades. 4

Em técnicas relacionadas, o requerente teve um pedido com o número PCT/Ph2005/000015 com número de publicação W02006/085782 intitulado "Recirculação de água num sistema de energia hidreléctrica num Circuito Fechado". 0 estado da técnica tem a caracteristica de ser sujeito à força de fricção dissipativa e à força gravitacional constante. Isto diminuirá a saída da energia e, eventualmente, drenará o conteúdo de energia do sistema. 0 documento WO 2006/085782 AI divulga um sistema em que um volume controlado de água é recirculado em circuito fechado de modo contínuo para a geração de electricidade. O documento WO 2004/094816 Al divulga um aparelho para a produção de electricidade ou potência com um ciclo de água contínuo formando um nível irreal ou nível industrial com água real. O documento EP 1 850 000 Al divulga um aparelho que aumenta o desempenho de uma fábrica hidroeléctrica através da combinação de uma turbina Pelton com diversos módulos.

Sumário da Invenção O alvo da presente invenção é superar o defeito das técnicas anteriores. A presente invenção adicionou novos equipamentos e características para atingir esta finalidade

Primeiramente, a presente invenção incluiu uma bomba de re-impulso (27) para re-impulsionar e fornecer entrada de energia de pressão adicional ao sistema periodicamente. A bomba de re-impulso obtém a sua energia do gerador de 5 início/re-impulso (3). Isso faz com que se mantenha o nível de saída de energia sustentável.

Outra característica desta invenção é ter incorporado um bocal de recuo de convergência (29) que utiliza a força do recuo do jacto de água. Esta força de recuo, que é igual em magnitude e oposta em sentido, empurrará um pistão (31) que está dentro de uma câmara de pressão (30) . Esta força é capaz de fazer tipos diferentes de trabalhos, como a de um líquido pressurizado para adicionar a entrada de energia no sistema através da tubagem da pressão (34) na conduta principal (9) ou pode ser usada como uma energia da pressão para a dessalinização da água do mar. A presente invenção é um sistema muito maior e melhorado de hidreléctrica. Tem oito tipos de forças actuantes, que são na maior parte naturais. Uma grande parcela das entradas de energia é convertida em energia eléctrica; com apenas um tipo de entrada que consome a energia eléctrica - sendo essa as bombas motor. Esta entrada fraccionária da energia eléctrica é menor do que a ÚNICA SAÍDA CONSOLIDADA de energia eléctrica gerada por todo o sistema de conversão. Este sistema está num circuito fechado com um volume de água controlado que re-circula continuamente no interior. Periodicamente, é re-impulsionado por uma bomba de re-impulso situada fora do circuito da energia enquanto a salda da energia diminui.

Inicialmente, à água de um reservatório em nível é dado um impulso na cabeça de pressão por uma bomba motor para empurrar adiante na conduta principal de 1200 metros; passando pela válvula de escape de pressão; tanques de ondas; tubagens de sucção do vácuo; tubagens auxiliares; 6 tubagens de re-impulso periódicas e terminando com uma válvula esférica unidireccional, elevada dentro da casa de controlo. A válvula esférica girando continuamente pára a coluna de água rápida no modo de "fechamento rápido", transformando a energia de pressão combinada, a energia cinética e a elástica acumulada da coluna inteira de água num grande martelo de água de energia de pressão. Quando a válvula esférica abre outra vez, a água pressurizada é re-transformada em jacto de energia cinética elevada que sai da conduta principal para impelir o gerador da turbina Pelton a produzir energia eléctrica. A água usada é recebida pelo reservatório a jusante. É, então, drenada pela força gravitacional através da tubagem de saida para o reservatório principal original, terminando o circuito.

Este sistema tem um sub-circuito complementar de recirculação da trajectória de água. Quando a válvula esférica é aberta rapidamente, um grande volume de água comprimida é ejectada a partir da conduta principal, formando uma contra-corrente de vácuo pressurizada. A força de sucção que o acompanha empurraria a água a partir do reservatório principal, directamente para o interior da conduta principal através da tubagem de sucção de vácuo, fazendo a transferência da bomba principal. Isto funciona quando a energia de alta pressão é transformada numa condição de vácuo de baixa pressão que forma a força de sucção. Este mecanismo de água transfere funções como uma bomba eléctrica, mas sem consumir qualquer potência eléctrica. Isto funciona para estabilizar a pressão e 7 aumentar significativamente o volume de água na conduta principal. Uma bomba auxiliar (24) sustem a pressão e o volume de água necessário. 0 jacto de água impele o gerador da turbina de Pelton a produzir energia eléctrica.

Ao mesmo tempo que o jacto está a ser forçado para fora do bocal de recuo (29), uma força IGUAL e oposta é exercida no bocal de recuo que pode desempenhar tarefas diferentes. Uma forma de realização assenta em movimentar o pistão dentro de uma câmara de pressão (30) para empurra liquido na tubagem de pressão (34) para adicionar pressão ao sistema. A água utilizada é recebida pelo reservatório a jusante. É drenada pela força de gravitação de volta para o reservatório principal original (1) completando o sub-circuito complementar.

Estes circuitos de água são congruentes com os circuitos de fluxo de energia. A força de recuo pode também ser usada para fazer outro tipo de trabalho (A) a sua acção reciproca pode accionar uma instalação de movimento de rotação linear a continuo, onde o elemento de rotação é acoplado ao rotor de um gerador para produzir electricidade; (B) outro método é utilizar a força de pressão para executar um tanque de dessalinização onde os sais e produtos diluídos são removidos por osmose inversa de membrana ou outro processo.

Tal como qualquer outro sistema de energia em movimento, sujeito a fricção dissipativa e gravidade, a sua potência poderá eventualmente diminuir de saída; portanto, uma bomba de re-impulso que se encontra fora da energia do circuito é usada periodicamente para suster a saída de energia pretendida. A presente invenção é um sistema que tem várias vantagens sobre os sistemas convencionais.

Primeiro, utiliza um volume controlado de água para gerar potência de um modo de reciclagem, fazendo assim com que a sua taxa de utilização seja muito mais elevada.

Em segundo lugar, a selecção do local é muito ampla. Pode ser construído de modo adjacente a grandes centros de carga, sem a linha de longa transmissão. 0 local pode ser qualquer fábrica plana ou cume de montanha irregular. Deve estar perto de uma fonte natural de água, seja acima do solo, ou subterrânea, seja doce ou salgada.

Em terceiro lugar, o tempo de construção é muito mais curto. Em quarto lugar, é muito mais económico.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Figura 1 mostra o contra-fluxo do sistema com a bomba principal (6); válvula de escape (8); válvula de escape de pressão (12); dois tanques de ondas (13) e a conduta principal (9) . A Figura 2 mostra o gerador de turbina Pelton (14 e 15) recebendo o jacto de água da conduta principal A (9-A) que é totalmente aberta enquanto a conduta oposta principal B (9—B) é completamente fechada, (para maior clareza, o bocal de recuo é omitido). A Figura 3 mostra a válvula esférica principal unidireccional (5) numa sequência rotatória, formando o 9 martelo de pressão de água na conduta principal . Então, liberta a sua energia como jacto de água de energia cinética transformada. A Figura 4 mostra a visão frontal da válvula esférica unidireccional. A Figura 5 mostra o gráfico projectado de descarga da conduta principal. A Figura 6 mostra o gráfico projectado de duas descargas das condutas principais sobrepondo-se em função do tempo. Δ Figura 7 mostra a bomba auxiliar (24) e a válvula esférica auxiliar unidireccional (26) que puxa água do reservatório principal. A Figura 8 mostra o bocal de recuo (29) com uma câmara de pressão (30) junta à extremidade da válvula esférica (5). O bocal tem uma câmara-de-ar (29-a); um orifício exaustor (29—b); mola mecânica (29-e); colunas de suporte (29-c) e uma guia (29—d). Dentro da câmara de pressão está o pistão (31) que forçará o líquido para fora da câmara pela tubagem de pressão (34) para adicionar força de pressão à conduta principal (9) e que enviará para dentro o liquido através da tubagem de sucção (32) conforme o pistão se move para trás, expandindo o espaço da câmara. A Figura 9 é uma vista em planta da Figura 8, mostrando a fase da compressão do bocal de recuo com a câmara de pressão (30). A Figura 10 mostra as posições relativas da válvula esférica principal (5) e a válvula esférica auxiliar (26) como função de tempo. A Figura 11 é a vista plana da presente invenção do sistema de conversão de energia, junto com a parte externa da bomba de re-impulso (27). A Figura 12 é o diagrama da presente invenção dos circuitos de fluxo de energia do sistema de conversão de energias, 10 mostrando os circuitos fechados de fluxo da energia além da saida da entrada do circuito de energia re-impulsionada. A Figura 13 mostra a tubagem de reabastecimento (21) puxando água de uma fonte natural próxima do reservatório de água do sistema. A Figura 14 mostra a segunda configuração da presente invenção - cabeça de elevação num depósito superior (22) substituindo a cabeça de pressão da bomba principal (6) como entrada da energia.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O martelo da água é definido como a pressão de excesso (acima da linha normal do gradiente de pressão hidráulico) - causado pela repentina mudança de velocidade do fluxo de água dentro de uma tubagem fechada. A pressão mais alta do martelo de água acontece quando a válvula está num "Fechamento Rápido", por exemplo, o tempo de fechamento da válvula é <2 L/ Wp, onde L é o comprimento da tubagem e o Wp é a celeridade ou onda de pressão da água, a qual é aproximadamente 1.476 m/s a 20° C. A celeridade é uma função do seu módulo de elasticidade Ev. O módulo de elasticidade da água é de 2,18 x 109 n/m2. A fórmula para a celeridade é Wp = (Ev/Dm)1/2; onde Dm é a densidade do liquido. Então, Wp =[(2,18 x 109 n/m2) / (1.000kg/m3) ]1/2 = 1.476 m/s. A pressão total na conduta seria igual à pressão do martelo de água mais o fluxo de pressão em estado constante da cabeça de pressão. A presente invenção utiliza água; ar e electroiman como meios para a conversão de energia. As várias formas de forças naturais são colectadas e transformadas num sistema 11 distinto de conversão da energia. Forças permanentes, tais como a força gravitacional, pressão de ar atmosférica e outras forças dinâmicas, i.e., a força do jacto do martelo de água; a força de sucção do vácuo; força do movimento de recuo do jacto; pressão de ar comprimido e inércia que podem ser aproveitadas para dar forma às entradas substanciais de um sistema de conversões de energia para gerar energia eléctrica por meia do turbo-gerador Pelton.

As ilustrações e os cálculos do sistema são apresentados conforme as especificidades abaixo: (Δ) A água doce é usada como meio. Ao nível do mar, a água doce tem uma densidade de 1000 kg/m3 e peso específico de 9,81 kn/m3. Para um alcance mais amplo, outro líquido pode ser usado. Se a água do mar for usada, então a cifra é por volta de 3% maior. A densidade é então de 1030 kg/m3. (B) O diâmetro interno da conduta principal é de um metro. Para um alcance mais amplo, pode se estender de 30 cm a um metro. (C) A cabeça da bomba é de 260 metros. Para um alcance mais amplo, pode se estender de 130 metros a 400 metros para mais. A fórmula para calcular a pressão do martelo de água é:

Ph = Dm V Wp em que

Dm é a densidade de massa do líquido. Para água doce é de 1000 kg/m3. V é a velocidade da água que flui dentro da conduta em estado constante, sendo medida em m/s. 12

Wp é a velocidade da onda da pressão dentro da conduta, a unidade está em m/s. A 20°C, está a cerca de 1.478 m/s, é uma caracteristica inerente da água.

Após aproximadamente um minuto do início do fluxo da bomba, um fluxo constante de água numa velocidade de 12,66 m/s é alcançado, sendo então, fechado rapidamente por uma válvula. Supondo que Wp é 1.428 m/s, então, a pressão do martelo de água na tubagem de comprimento aproximado de 1200 metros, é calculada como:

Ph = Dm V Wp = 1.000 kg/m3 (12,66 m/s) (1.428 m/s) = 18.078.480 (kg-m/s2) (1/m2) = 18.078.480 n/m2= 18.078 kPa

Em termos de cabeça de energia, a fórmula é: P / Wsp, em que P é a força de pressão, unidade em n/m2,

Wsp é o peso específico da água, de aproximadamente 9810 n/m3.

Portanto: a cabeça de energia = 18.078.480 pa / 9810 n/m3 = 1.842 metros.

Estes 1.842 metros da pressão de cabeça do martelo de água são muito mais altos que a cabeça de velocidade possuída no líquido em estado constante do fluxo original. Nós resolvemos para a cabeça da velocidade Hv do fluxo original de estado constante de 12,66 m/s~

Hv = Vel2 /2g = 12,662 / 19,62 = 8,17 metros 13 A grande disparidade na cabeça de energia, em relação à cabeça original de 8,17 metros, para a cabeça de alta pressão induzida e acumulada de 1850 metros (1842 + 8,17) é uma das características básicas da presente invenção. Isto converterá a força destrutiva da pressão do martela de água numa força construtiva e a transformará em energia eléctrica útil. É um fato cientifico aceite a existência de uma quantidade latente de energia cinética nos espaços intermoleculares do liquido, mesmo em pausa. Este é o resultado dos movimentos e das colisões constantes das moléculas. Isto é conhecido como "Movimento Browniano". Esta actividade é caracterizada também como uma força oscilatória ou como forma de interacções intermoleculares do liquido.

Estas interacções agem como "molas minúsculas" entre as moléculas. Como o liquido atmosférico sofre uma compressão elevada, o volume é diminuído; espremendo os espaços intermoleculares. Esta força compressiva converterá a energia cinética latente numa energia elástica potencial adicional. Isto além da energia fornecida da pressão da bomba principal (6).

Este fenómeno intensifica o martelo de água para uma pressão de proporções enormes.

No nosso exemplo, o seu volume é comprimido brevemente por 0,83%, ou por volta de 10 metros de coluna de água. Este volume será libertado como um jacto com energia cinética elevada ao mesmo tempo em que o descompressor de atmosfera acontece. 14

Estruturas e Equipamentos do Sistema A Figura 11 é um diagrama de vista em planta do presente sistema. Tem as seguintes estruturas e equipamentos: A. Um reservatório principal (1) . Um depósito de água artificial ou natural, no qual a área de superfície é larga o suficiente para servir também como um reservatório refrigerado; tem que ter pelo menos três metros de cabeça de elevação a partir da linha dos dados; B. Conduta de entrada arredondada (2); C. Gerador de início / re-impulso (3), fornece a energia inicial para a bomba (6) e para as válvulas esféricas (5) , também re-impulsiona o nível de energia do sistema enquanto a saída de energia diminui; D. A bomba principal (6) fornece a cabeça de pressão à conduta; E. Tubagem de convergência (7); F. As válvulas de escape (8) controlam o volume de água que flui para a conduta principal (9); G. Duas condutas principais (9—A e 9-B) cada uma com cerca de 1200 m, com um m de diâmetro interno, que termina em aproximadamente 10 m de altura dentro da casa de controlo (11); H. Válvulas de escape de pressão (12) ajustadas para uma pressão de libertação de água de aproximadamente 10 metros acima da cabeça de energia da bomba para proteger a bomba. A onda de pressão do martelo de água alcança este ponto para colidir com o fluxo da pressão da bomba. Esse aumento resultante na pressão empurraria a válvula de escape de pressão, permitindo que o excesso da 15 água pressurizada fluísse da conduta principal para o reservatório principal (1); I. Câmaras de ondas infláveis (13 - A e 13 - B) absorvem a onda de água da conduta principal durante a compressão exercida sobre pressão elevada e libertam a água de volta à conduta principal durante a expansão sobre pressão baixa. Acima, estão equipadas com válvulas de escape de vácuo (4) fechadas naturalmente para impedir o escape do ar enquanto permite ao ar fluir dentro das câmaras de ondas durante a expansão sobre pressão baixa; J. Válvulas esféricas principais unidireccionais (5) conectadas à extremidade da conduta principal (9); K. Turbina Pelton (14) demonstrada na Figura 2 com um eixo acoplado ao gerador principal (15) com volantes inertes (16) para armazenar e libertar a energia ao rotor que dá sustentação à velocidade optimizada; L. Um bocal de recuo (29) com uma câmara de pressão (30) ligada à válvula esférica (5), como demonstrado na Figura 8 e Figura 9. O bocal tem uma câmara-de-ar (29-a); um orifício de exaustão (29— b) ; molas mecânicas (29 - e) ; colunas de sustentação (29—c); e uma guia (29 - d); Μ. A câmara de pressão (30) tem um pistão (31) que se move para a frente e para trás em sincronia com a força libertada do jacto; o líquido é forçado para dentro da tubagem de pressão (34) através de uma válvula unidireccional (35) durante a fase da compressão e o líquido do reservatório a jusante é puxado para dentro durante a fase de descompressão do vácuo através da tubagem de sucção (32), o fluxo é controlado por uma válvula de verificação (33); a 16 câmara pode ser convertida num tanque de dessalinização, onde os sais e outros solúveis são removidos pelo processo de osmose inverso usando uma membrana semipermeável; N. Um reservatório a jusante (17) dentro da casa de controlo; recebe a água usada e faz a sua drenagem para o reservatório principal (1) através da tubagem de drenagem (18) pelo fluxo gravitacional; O. Tubagens da sucção do vácuo (19-Δ; 19-B e 19-C) da água para fornecer a água necessária de imediato para estabilizar a pressão na conduta principal. A água é retirada directamente do reservatório principal (1) . Todos têm válvulas de verificação (20-Δ; 20-B e 20-C) abaixo da conduta principal (9) para impedir o refluxo. 0 volume das tubagens de sucção na conduta principal é baseado no valor da força da sucção. Está de acordo com o Principio de Conservação de Energia. Isso ocorre quando a energia da alta pressão é transformada numa energia cinética de baixa pressão, com formação de vácuo; P. A bomba auxiliar (24) energizada por um motor eléctrico trará a água do reservatório principal para a conduta principal para fornecer o volume da água necessário para o próximo martelo de água; Q. A tubagem da bomba auxiliar (25) conecta a bomba auxiliar à conduta principal; o seu diâmetro interno é metade do diâmetro da conduta principal; R. A válvula esférica auxiliar (26) controla o fluxo da água na conduta principal, as suas dimensões e velocidade de rotação são similares à válvula esférica principal (5), como mostrado na Figura 10, tanto a válvula esférica auxiliar (26), como a válvula esférica principal (5) giram em posições 17 relativas ao tempo; incorpora uma válvula de verificação (26-Δ) imediatamente a jusante para evitar que a pressão do martelo de água se dissipe S. Uma bomba de re-impulso (27) re-energiza o sistema adicionando entrada de energia periodicamente enquanto a saida de energia diminui, a fonte de energia é o gerador de inicio / re-impulso (3), que está fora do circuito fechado de energia; T. Válvula de verificação (28) na entrada da tubagem de re-impulso na direcção da conduta principal; U. Uma tubagem de reabastecimento (21) puxa a água da fonte de água natural próxima para o interior do reservatório principal para substituir a água evaporada. (Figura 13); V. Um reservatório superior (22), mostrado na Figura 14, da segunda forma de realização da presente invenção, em que a cabeça de elevação substitui a cabeça da pressão da bomba da primeira forma de realização; W. A bomba motor (23) para a movimentação de água até ao reservatório superior (22) da segunda forma de realização na Figura 14. " A Trajectória do fluxo da água que re-circula no sistema" A Figura 11 mostra o fluxo inicial de água a partir do reservatório principal (1) na tubagem de entrada (2) . Ele obtém uma cabeça de alta pressão da bomba principal (6).

Então, flui para a tubagem de convergência (7), passa pelas válvulas de escape (8) e para as condutas principais (9). A conduta principal tem um comprimento de aproximadamente 1200 metros. A água fluiria pela válvula de escape de 18 pressão (12) e pelas duas câmaras de ondas de ar (13-A e 13-B). Estas câmaras de ondas fornecem espaços para absorver a água da onda durante a fase da compressão na conduta principal e libertar a água de volta durante a fase da expansão. A água então flui adiante ao longo da conduta principal, passando pelas válvulas de verificação (20-A; 20-B e 20-C) , que controlam a entrada da água vinda das tubagens de sucção de vácuo (19-A; 19-B e 19-C). Conforme a água flui para a extremidade da conduta principal, ela alcançará as válvulas esféricas unidireccionais (5-A e 5-B) em funcionamento dentro da casa de controlo (11). Estas válvulas esféricas motorizadas induzem as pressões do martelo de água nas condutas principais e, então, libertam o jacto da energia cinética elevada através do bocal de recuo no turbo-geradar Pelton para gerar electricidade. A água usada agora cai para dentro do reservatório a jusante (17) da casa de força (11) . A água é agora drenada pela força gravitacional através da tubagem de drenagem (18) para o reservatório principal (1), e assim, TERMINA 0 CIRCUITO FECHADO DA CIRCULAÇÃO DA ÁGUA.

As tubagens da sucção de vácuo da água estão conectadas à conduta principal. Conforme o fluxo da água na conduta principal é jorrado para fora em grande volume, cria um vácuo de pressão baixa, no qual a sua força da sucção puxará a água para dentro directamente do reservatório principal (1) na conduta principal. Junto com a água bombeada pela bomba auxiliar (24) e pela tubagem de pressão de recuo forçado (34) TERMINA A CIRCULAÇÃO DA ÁGUA NUM SUB-CIRCUITO COMPLEMENTAR - do reservatório principal através das tubagens de sucção do vácuo e da tubagem auxiliar para a conduta principal - turbina - reservatório da água a jusante e novamente para o reservatório principal (1) 19 contornando a bomba principal (6) e a secção de contra-fluxo da conduta principal. " Funcionamento da Válvula Esférica Motorizada Unidireccional"

Na Figura 2 estão demonstradas as duas válvulas esféricas (5-Δ e 5-B) que giram em sentido único (os bocais de recuo são omitidos para maior clareza). Ela mostra a turbina horizontal de Pelton (14) com um eixo vertical conectada ao rotor do giradas principal (15) . A válvula 5-Δ está numa posição completamente aberta enquanto a válvula 5-B está na posição completamente fechada. Ambas as válvulas têm as mesmas dimensões e são trabalhadas pelos motores que giram continuamente.

Nas Figuras 3-A até 3-1 é exibida a esfera interna da válvula que tem a tomada ou o orifício que ocupa um quarto de sua circunferência, assim como o orifício de entrada. Dessa maneira, ela é dividida a qualquer momento em quatro secções iguais; duas porções que se abririam e duas porções que fechariam a válvula esférica. 0 diâmetro interno da conduta principal é aproximadamente metade do diâmetro do orifício da esfera.

As válvulas são abertas num intervalo de meio segundo (Figura 3-F a Figura 3-H) e ficam abertas durante o intervalo de meio segundo seguinte (Figura 3-H a Figura 3-1 e Figura 3-A a Figura 3-B). Fecham-se no próximo intervalo de meio segundo (Figura 3-B a Figura 3-D) e permanecem fechadas pelo próximo intervalo de meio segundo (Figura 3-D a Figura 3-F). As duas esferas da válvula têm uma 20 frequência de uma revolução por quatro segundos, que as faz válvulas de 15 RPM. As suas posições respectivas, isto é, a abertura e fechamento cronometrados para estarem com diferença de um segundo são exibidas nas Figuras 6 e 10. Na

Figura 2, é mostrado que quando a válvula 5-A está completamente aberta, a válvula 5-B está completamente fechada e vice-versa.

As Figuras 3-A a 3-1 mostram a sequência da válvula esférica nas suas movimentações. Em ambos os lados da esfera, estão dois côncavos "toy top". Os côncavos aumentam a área de superfície e o binário dessa secção exposta à pressão crescente do martelo de água, à medida que a válvula se fecha e se abre. A fórmula que relaciona a força com a pressão e área é:

F = P x A

Força = pressão x Área; n = n/m2 x m2

Como a fórmula indica, a área é directamente proporcional à força. Quão maior for a área exposta, maior será a força que poderá receber. Esta circunstância criaria uma força desequilibrada na esfera. O que significa que uma força maior seria exercida na porção com a depressão côncava e não na porção sem a depressão. E esta força desequilibrada ajuda a aumentar o binário total da válvula esférica. Portanto, um motor de capacidade menor calculada poderá ser utilizado. A Figura 4 é uma vista frontal da válvula esférica, mostrando a depressão "toy top" na esfera. 21 A válvula deveria ser feita de um material em aço mais forte, que suportaria as forças dinâmicas adversas e constantes dos martelos de água. 0 rotor no gerador principal (15) deve possuir massa suficiente para que seu momento de inércia seja (M · R2) seja suficientemente aumentado para compensar o modo do jacto de energia pulsante. Consequentemente, é necessário instalar volantes. (16) "Volume da Coluna de Água Comprimida" A fórmula para calcular a taxa da compressão Rc da água sob a alta pressão é: Rc=-P/Ev em que P é a pressão aplicada, a unidade é em kPa.

Ev é a elasticidade do módulo da água. A 20° C, o valor é de 2,18 xlO6 kPa.

Na nossa conduta principal especifica de 1200 metros de comprimento e um metro de diâmetro interno. A 20°C, é submetida a uma cabeça de pressão de 1.850 metros ou unidades de pressão de 1.850 x 9, 81 kn/m2 = 18.148 kpa. A taxa da compressão da água é: R c = - P / Ev = - 18.148 kPa/ (2,18 x 106) kPa = - 0,0083 A pressão de 18.148 kPa comprimirá a água em 0,83%. Para chegar ao volume comprimido, multiplicamos o volume original por 0,83%, que é 1200 metros x 0,785 x 0,83% = 7.82 m3. O comprimento da coluna de água é contraído em 7.82 m3 / 0,785 m2 = 9,96 metros. Quão mais comprimida 22 estiver a coluna de água, mais curto será o seu comprimento e mais elevada será sua ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA armazenada. Esta energia potencial elástica é convertida da energia cinética latente nos espaços intermoleculares. "Velocidade da Onda de Pressão Modificada" A 20° C, a velocidade da onda de pressão da água é 1.478 m/s. No entanto, numa tubagem elástica, ela é modificada pelo estiramento das paredes da tubagem. Geralmente, quão mais grosso for o aço, mais elevada é a celeridade. Nesta ilustração, ela é modificada pelo material de aço e pela sua espessura de 15 cm. Usando a fórmula modificada da onda de pressão MWp: MWp = Wp {1/ [ 1+ (Ev/E) D/1) ] }1/2 em que

Wp é a velocidade da onda de pressão da água a 20° C.

Ev é o módulo de elasticidade da água, que é 2,18 x 106 kn -m-2 E é o módulo no volume do material da tubagem. Para o aço, é de cerca de 207 x 106 kn-m-2. D é o diâmetro interno da tubagem, que neste caso é de um metro. t é a espessura da tubagem, que neste caso é de 0,15 metros.

Então: MWp = Wp{ 1/1+ [ (2,18x106) / (207x106) ] x [1/0,15] }1/2 = 1478{1/ (1+0,07) }1/2 = 1.428,8 m/s A onda de pressão nesta tubagem específica e à temperatura da água a 20°C é de 1428,8m/s. 23 "Desempenho Calculado do Sistema (sem a entrada da força de recuo) "

Usando uma cabeça de bomba de 260 metros, a equação da energia do fluxo dentro de uma conduta principal de um metro (diâmetro interno) com extremidades num orifício de 10 metros de altura é: 260 = v2 / 2g + Htl + 10 a cabeça perdida é aproximadamente 30,8 vezes a cabeça de velocidade, assim: 260 = (1 + 30,8) v2/2g + 10 e v = 12,66 m/s

Esta é a taxa de fluxo do estado constante e a descarga é de 9,93 m3 / s. A pressão do martelo de água quando a válvula esférica é "fechada rapidamente" num intervalo de meio segundo é:

Ph = Dm V Wp = (1.000) (12,66)(1.428) = 18.087 kPa

Nos termos da cabeça de pressão, ela é de 18.087/9.81 = 1.842 metros. A partir de uma cabeça de velocidade de fluxo constante de 8.17 metros, o fechamento rápido da válvula esférica força a cabeça de energia a 1.850 metros (1.842 mais 8,17) de altura em relação a cabeça de pressão. No tempo de ^ segundo, a válvula esférica gira para uma posição completamente aberta. No próximo segundo completo, a 24 válvula é aberta completamente, libertando um jacto da energia cinética elevada para impelir o turbo-gerador Pelton. Então, a esfera gira para fechar no próximo intervalo de ^ segundo. Esta libertação do jacto de água é simultânea com a diminuição abrupta da cabeça de pressão na conduta. A Figura 5 mostra a tabela projectada da descarga de água. A T=0 seg., a válvula é fechada, a água não flui e a pressão do martelo de água dentro da conduta principal é de 1.850 metros. Então no ι·5 segundo seguinte, a válvula é aberta completamente. Naquele tempo de intervalo de T=0 seg a T=0,75 seg., a cabeça da pressão está a cair rapidamente. A provável cabeça seria aproximadamente de 1.600 metros no instante T=0,75 seg. Deve-se notar que a cabeça de pressão não é mais de 1.850 metros. A cabeça de velocidade H do jacto de água tem a equação: Η = V2 / 2g

Então, velocidade = [ (2g) H]1/2 ,

Supondo que a cabeça instantânea é de 1.600 metros em T=0,75 seg.

Então: Vinst = [2g (1600) ]1/2 = 177 m/s. A equação para descarga instantânea em T=0,75 seg:

Qinst = AVinst em que A é a área da abertura da tubagem, unidade está em m2,

Vinst é a velocidade instantânea, unidade está em m/s. 25

Para a área dada e velocidade instantânea de 177 m/s, a descarga instantânea é:

Qmst =(D2 (5/4) (177)=0,785(177) = 139 m3/sec Δ única descarga de água projectada aproximaria a curva da equação: Y = 139 (2,66 X -1,77 X2) dado: [0 < X < 1,5] em que Y é o volume de descarga da água. X é o tempo em segundos. Δ Figura 5 mostra o gráfico deste relacionamento.

Para o segundo entre T=0,25 seg. a T=l,25 seg., a descarga é mais elevada e a sua energia é a maior. Ao usar a integração para calcular a descarga de água Q: 1.25 1.77X3 1.25 J 139 {2.66X - 1.77X* ) dX « 139 {1.33 X?--) \ 0.25 3 0.25 Q = 118.43 m3 /sec

Da equação de descarga, nós resolvemos para a velocidade média:

Vave = Q/A = 118,43/0,785 = 150,86 m/s

Assim, a cabeça de velocidade média de T= 0,25 seg. a T= 1,25 seg. é: 150,86 2 / 2g = 1.160 metros 26

Para calcular a energia hidrodinâmica aproximada do jacto de T=0,25 seg. a T= 1,25 seg., nós usamos a fórmula para a energia:

Energia Hidrodinâmica = QWsp Have /1000; em que Q é a descarga num segundo, unidade está em m3/s.

Wsp é o peso especifico da água, unidade está em newtons/m3.

Have é a cabeça do jacto de água média, unidade está em metros.

Consequentemente, energiat=0,25 a t=i,2s = 118,43 (9810) (1160) / 1000 = 1.347.680 kw ou 1.347,68 MW.

Se calcularmos a força da ENERGIA CINÉTICA, nós teríamos a seguinte equação: K.E.= 1/2 m v2 em que m é a massa do jacto de água, a unidade está em kg, para 118,43 m3, a massa é de 118.430 quilogramas, v é a velocidade média do jacto de água, neste caso, é 150,86 m/s.

Consequentemente: K. E. = 1/2 (118430) (150,862) = 1.347.667 kn-m

Esta energia cinética de 1.347.667 kn -m é libertada num segundo, produzindo a medida 1.347.667 kn-m/seg. Visto que 27 kn-m/seg é equivalente ao termo kw, portanto, a energia de 1.347 MW é igual aos 1.347 MW que calculamos usando a equação de energia hidrodinâmica.

Supondo uma eficiência de 80% para o gerador da turbina, então a energia gerada é de 1347,68 x 80% = 1064,8 MW.

Conforme exibido na Figura 6, esta energia descarregada é produzida no intervalo de tempo de 1,5 segundos por uma única conduta principal. Assim, na teoria, o poder produzido por dais condutas principais num segundo é (2x1.347)/2,5 = 1.077 MW. Se somente uma única conduta principal for utilizada, então teoricamente, a energia é de aproximadamente 538 MW.

Esta energia gerada é sustentada por outras forças naturais, como por exemplo, força de sucção do vácuo; a força de recuo do jacto; força gravitacional; ar comprimido; inércia e pressão de ar atmosférica MAIS as pressões da bomba auxiliar e da bomba de re-impulso periódico, que são canalizadas no sistema. "A Energia Necessária para as Bombas no Sistema" A energia requerida por uma única bomba (6) para dar uma cabeça de 260 metros em fluxo de estado constante é:

Pbomba = 9,93 (9.810)(260)/1.000 = 25,33 MW

Supondo uma eficiência de 80% para a bomba, então a energia requerida é de 31,66 MW.

Duas bombas trabalhando simultaneamente requereriam 63,32 MW de energia. 28 "A Força do Jacto de Recuo" A força do jacto de recuo que é IGUAL e OPOSTA no sentido da força do jacto libertado pode ser utilizada para fazer diferentes tipos de trabalhos. Primeiro: (A) pode ser transferido para a conduta principal (9) como energia de pressão adicionada; outros métodos podem ser usados, por exemplo, (B) para accionar uma engrenagem de movimentação rotatória linear a continua com um elemento de rotação conectado ao rotor de um gerador para produzir electricidade; e (C) para fornecer a força de pressão a um tanque de dessalinização, onde os sais e os solúveis são removidos por uma membrana de filtração. A força do jacto de T= 0,25 eg.s a T= 1,25 seg é:

Força = Dm Q V; em que

Dm é a densidade líquida da massa, a unidade está em kg/m3. Q é a descarga, unidade está em m3/seg. V é a velocidade do fluxo do líquido, unidade está em m/s.

Então, F= 1.000 (118) (150) = : 17.700 kn. Esta é a força do jacto, é também a força do movimento de recuo no bocal da convergência. (A) Se um volume de 20 metros cúbicos de água for projectado para ser bombeado na conduta principal, os cálculos da descarga são: (negli genciando a perda de Q = Apipe X Vpipe = Achamber ^ Vchairiber = 20 ΙΠ /s fricção)

Com a tubagem com área de 0,785 m2 (lm de diâmetro interno) e de velocidade de cerca de 25,4 m/s; enquanto na câmara a 29 velocidade é de 2m/s. Então, a área da câmara cilíndrica deve ser 10m2 com um diâmetro de aproximadamente 3,5 metros. Q = 0,785 x 25,4 = 10 x 2 = 20 m3/s A pressão dentro da câmara é P=F/A=17.700/10=1.770 kPa. A cabeça de pressão é 1.770/9,81*177 metros. A cabeça de velocidade da tubagem da pressão (34) é calculada como: V2pipe/2g= (Dcham/Dpipe) 4V2cham/2g= (3,5/1) 40,2«30 metros. A equação da continuidade de Bernoulli demonstraria o seguinte: (a Hioss da tubagem é cerca de 2 x v2pipe/2g) . V2ch/2g+Pch/Wsp+Cabeça de elevação=V2pipe/2g+Ppipe/Wsp+hioss

Então: 0,2 m + 177 m + lOm « 30m + 97,22 m + 2(30)m A energia é = QWspH/1000 = 20 X 9,81 x 30 * 6000 kw. (B) A força de recuo é utilizada para gerar electricidade. Ela acciona uma engrenagem rotatória de reciprocidade variando de linear a contínua onde o elemento rotativo é conectado ao rotor de um gerador para produzir electricidade. O comprimento líquido do pistão é de um metro. A velocidade está em m/s. A força do recuo de 17.700 kn pode gerar aproximadamente 15.000 kn m/s ou 15 MW da energia.

Isso, após deduzir a força necessária para a compressão da mola e superar a inércia do bocal da montagem. 30 (C) Δ pressão para dessalinizar a água do mar é de aproximadamente 8000 kPa. A área separada para a extracção de água doce é: Área = força / pressão = 17.000/ 8.000 = 2,2 m2. O diâmetro interno do tanque de dessalinização é = (2,2 / 0,785)1/2 = 1, 67 metros.

Outra forma de realização da montagem da força do movimento de recuo é usar a válvula esférica unidireccional (5) directamente como montagem de recuo. Sem o bocal da convergência, essa montagem tem todas as peças acima mencionadas com as mesmas funções, tais como a câmara de pressão; pistão; mola; tubagem de pressão e de sua válvula de verificação; tubagem de sucção do vácuo e sua válvula de verificação; câmara-de-ar; orifício de escape do ar, coluna de aço e guia. "Reabastecimento da Água do Sistema"

Conforme mostrado na Figura 13, numa base periódica, a tubagem de reabastecimento da água (21) puxa para dentro água de fonte natural próxima para reabastecer a perda de água devido à evaporação. Isto é feito através da circulação de água que flui no reservatório principal do sistema. O reservatório principal (1) é de capacidade suficiente para servir também como reservatório refrigerado e é ajustado fora da casa de controlo. Poderia ser um canal natural de água. O sistema refrigerador serve para refrigerar a água aquecida que corre através da conduta principal (9), a turbina, o transformador e os outros equipamentos. Este sistema usa ar fresco atmosférico como refrigerante principal. A água aquecida é levada da casa de controlo junto com a água usada no reservatório a jusante 31 através da tubagem de saída (18) para o reservatório principal, que é exposto ao ar atmosférico para a dissipação. A temperatura do reservatório refrigerado tem que ser monitorada para impedir que aumente muito. Em caso de alta temperatura, outros métodos de refrigeração podem ser aplicados. "Segunda Forma de Realização da Presente Invenção" A presente invenção tem uma segunda forma de realização, conforme exibido na Figura 14, onde a força da cabeça de pressão fornecida pela bomba principal (6) na Figura 11 está a ser substituída pela força da cabeça de elevação de um reservatório superior (22) no topo de uma montanha, como mostrado na Figura 14; a cabeça de elevação Z menos a perda da fricção da tubagem de fluxo principal é igual à cabeça de pressão da bomba; enquanto que os outros equipamentos e estruturas da segunda forma de realização do sistema incorporado são idênticos em dimensões e funções à primeira forma de realização do sistema, conforme apresentada.

Este segundo sistema de forma de realização tem uma bomba motor (23) conectada ao reservatório a jusante para levar a água do nível inferior até ao reservatório superior (22) para a recirculação. Também tem um reservatório de nível baixo similar ao reservatório principal da configuração original fora da casa de controlo para dissipar o calor e para fornecer água às tubagens de sucção do vácuo; à tubagem da bomba auxiliar e à tubagem de re-impulso.

As duas formas de realização da presente invenção teriam a mesma saída de energia bruta. 32 0 sistema actual de hidreléctrica teria a seguinte tabela de equilíbrio Energia/Massa, em que as entradas de Energia/Massa devem ser iguais à soma da Saída de Energia mais as perdas de Energia/Massa: ENTRADA DE ENERGIA CCNVERSÍVEL/MASSA = SAÍDA DE ENERGIAS PERDAS DE ENERGIA/MASSA A) A força gravitacional induziu as cabeças de elevação do reservatório principal e do reservatório a jusante e o peso especifico da água em aproximadamente 9810 n/m3. B) A cabeça de velocidade do jacto de aproximadamente 1200 metros libertado da pressão convertida do martelo de água envolvendo energia cinética latente convertida do liquido atmosférico. C) A força da sucção do vácuo formado após a grande descarga repentina na conduta principal, puxando volume de água directamente do reservatório principal, que funciona de acordo com o Principio de Conservação de Energia. D) A força do movimento de recuo do jacto. E) Energia da pressão de ar ccnprimido dentro dos tanques de ondas trabalhados pela água das ondas durante a fase de descompressão. F) Pressão de ar atmosférica de 10,3 metros de água que impele para dentro dos tanques de ondas durante a fase de descompressão. a. Energia eléctrica gerada de pelo manos 50 Mft/h a. Perda da cabeça de fricção b. Perda de energia na forma de calor c. Perda de energia da expansão da parede da tubagem d. Perda de eficiência da maquinaria e. Evaporação de moléculas de água G) Força da inércia da rotação do rotor em movimento. H) Força mecânica dos motores eléctricos, usados na bomba principal; na bomba auxiliar; na bomba de re-impulso periódica e nas válvulas esféricas unidireccionais. I) A massa da água adicionada ao reservatório principal conforme necessário, através da tubagem de reabastecimento. A presente invenção tem a intenção de ser usada como um gerador de carregamento base.

Sempre que houver uma diminuição das demandas de carga, o excesso da capacidade pode ser redireccionado para qualquer outra finalidade dentro da área da casa de controlo, ou podemos optar por baixar a velocidade giratória da bomba 33 motor principal (6), para reduzir a cabeça de velocidade na conduta principal (9), consequentemente, uma pressão menor do martelo de água, produzindo subsequentemente um nivel inferior de energia. A presente invenção pode ser construída como uma unidade produtora de energia independente ou pode ser construída como uma estação sub-geradora da estação de energia existente.

As formas de realização são fornecidas para efeitos de ilustração apenas. E não no sentido de que limitações e tais modificações tornar-se-ão evidentes aos peritos na técnica que se enquadram no âmbito das reivindicações

Lisboa, 17 de Janeiro de 2011

Claims (28)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema de energia hidreléctrica compreendendo: um canal de água num reservatório principal (1) ao nivel do solo, construído ou um canal natural da água doce ou salgada, que compreende pelo menos três metros de cabeça de elevação da linha de referência; uma conduta de entrada arredondada (2); uma bomba principal (6) que empurra o fluxo de estado constante para o fluxo da conduta forçada principal (9), sendo accionada por um motor de velocidade variável; uma tubagem de convergência (7); uma válvula de escape (8) controla o fluxo da água na conduta forçada principal (9); uma conduta principal grossa (9) de aproximadamente 1200 metros de comprimento, terminando dentro da casa de força (11) com uma descarga constante de pelo menos de 10 m/s ou cabeça de velocidade de cinco metros, seu diâmetro interno de pelo menos 0,3 a 1 m com espessura de cerca de 15% de diâmetro interno, feita de material forte tal como o aço de carbono sem emenda; em que a sua superfície interna é revestida com uma camada grossa de material liso e forte tal como o bronze, que pode ser revestido novamente conforme necessário quando ocorrer cavitações ou corrosão; em que a sua linha central serve como linha de referência, tendo muitas junções de expansão ao longo do seu comprimento; uma válvula de escape de pressão (12) na parte superior da conduta principal a alguns metros da válvula de escape para proteger a bomba da pressão (6) da onda de resíduos; em que a água liberta é mandada para fora da conduta principal (9) para dentro do reservatório principal; 2 uma série de tanques de ondas (13-Δ e 13-B) que absorvem a água das ondas da conduta principal durante a compressão de alta pressão e libertam água de volta para a conduta principal durante a expansão de baixa pressão; os tanques sendo ajustados com as válvulas de escape de pressão, normalmente fechadas para prender o ar para formar força de ar comprimido durante a compressão de alta pressão, ao mesmo tempo permitindo que o ar comprimido atmosférico seja extraído dos tanques de ondas durante a expansão de baixa pressão; uma válvula esférica unidireccional (5), conectada à extremidade da conduta principal, é estruturada como uma válvula esférica com um furo que gira 360° em torno do seu eixo com sentido único, esta válvula tendo um elemento redondo de fechamento com um assento redondo encaixado que permite a tensão uniforme de trancamento, o furo na esfera dividindo a periferia em quatro porções, duas abrindo a conduta principal e as outras duas fechando-a; em que na esfera se encontram dois côncavos de formato "toy top" no seu plano giratório, aumentando o binário rotativo, sendo controlados por um motor com um eixo que gira o elemento de fechamento continuamente, convertendo o seu continuamente a energia cinética de pressão e elástica acumuladas por toda a coluna de água, maioritariamente num martelo de água de pelo menos de 1400 metros de energia de pressão, no momento subsequente, a válvula reabre e reconverte a energia de pressão num grande jacto de água de energia cinética, a válvula sendo configurada para girar por aproximadamente quatro segundos por revolução da sua fase de abertura cronometrada para esgotar a pressão do martelo de água de volta à cabeça de velocidade baixa inicial; em que o diâmetro do orifício da esfera é 2 vezes 3 o diâmetro interno da conduta principal que está fortemente ancorada com massa contrária suficiente; um bocal de recuo de convergência (29) unido a jusante da válvula (5); um gerador turbina Pelton (14, 15), cujos vasos são afectados pelo jacto de energia cinética libertando da conduta principal; um eixo que acopla a turbina ao gerador principal (15) para produzir energia eléctrica, tendo também volantes acoplados para armazenar e libertar energia mecânica ao rotor a fim de sustentar uma velocidade optimizada, a sua capacidade variando em pelo menos 50 MW e mais; um reservatório traseiro (17) que recebe a água usada dentro da casa de controlo (11); uma tubagem de drenagem (18) que drena a água usada de volta ao reservatório principal (1) e para fora da casa de controlo pela força gravitacional; uma série de tubagens de sucção de vácuo (19-Δ; 19-8 e 19-C) conectando o reservatório principal (1) à conduta principal (9), cada tubagem tem um diâmetro de mesmo tamanho da conduta principal, sendo a sua fonte de água o reservatório principal (1), trazendo um volume imediato da água necessária para a conduta principal pelo diferencial devido a uma pressão maior de pelo menos de 3 m da cabeça de elevação mais a pressão atmosférica de 10,3 metros de água em contraste com o vácuo de pressão baixa parcial criado pela expulsão repentina do jacto de água de alta pressão, em que a expulsão converte a cabeça de pressão do martelo em cabeça de velocidade com a subsequente queda acelerada de pressão dentro da conduta (9) em vácuo de pressão baixa parcial, em que a transferência de água é controlada pelas válvulas unidireccionais (20-Δ; 20-B e 20-C) colocadas abaixo da conduta (9); 4 uma bomba auxiliar (24) que trará água do reservatório principal (1) para a conduta principal (9) para completar o volume de água suficiente em pelo menos cinco metros necessários da cabeça de pressão para o circuito seguinte do martelo de água; uma linha de tubagem de bomba auxiliar (25) que conecta a bomba auxiliar (24) à conduta principal, seu diâmetro interno sendo metade do diâmetro da conduta principal; uma válvula esférica de sentido único auxiliar (26) tendo as mesmas dimensões e velocidade de rotação que a válvula esférica principal (5), que controla o fluxo de água na conduta principal, tendo uma válvula de verificação (26-Δ) a jusante para impedir a dissipação da pressão do martelo de água; em que ambas as válvulas esféricas (5, 26) têm as suas posições relativas em função do tempo; r) um gerador de inicio / re-impulso (3) para ligar e funcionar inicialmente as bombas (6; 24; 27) e a rotação inicial das válvulas esféricas, funcionando também como entrada de re-impulso a ser adicionado ao sistema: uma bomba de re-impulso (27) que re-energiza o sistema periodicamente, adicionando entrada de energia para sustentar o nível da energia necessário; uma tubagem de reabastecimento (21) que traz água de fonte natural próxima para substituir a água perdida na evaporação, sendo isto feito porque é necessário manter a cabeça de elevação constante.

2. Um sistema hidroeléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um modo de repetição intencional de pressão induzida do martelo de água com o rápido fechamento da válvula esférica (5), combinando a energia cinética e a de pressão, além da energia potencial elástica que é convertida numa quantidade 5 de energia cinética latente nos espaços inter-moleculares da água atmosférica, estes são transformados na sua maior parte em alta pressão do martelo de água; o seu valor é o produto de sua densidade multiplicada pela sua velocidade e celeridade; baseia-se no Principio de Conservação de Energia e nas propriedades físicas da água tais como o seu peso específico e o seu Módulo de Volume de Elasticidade Ev, produzindo uma celeridade de aproximadamente 1428 m/s com a equação: Wp = [(g/Wsp)Ev]'a; de uma cabeça de velocidade de fluxo constante de pelo menos cinco metros, é transformado e acumula até pelo menos 1.400 metros de cabeça de alta pressão, a abertura rápida subsequente da mesma válvula retransforma a cabeça de pressão num jacto de água de energia cinética que jorra para fora da conduta para impingir os vasos do gerador de turbina Pelton para produzir a energia eléctrica; as válvulas esféricas estão fortemente ancoradas com massa contrária suficiente.

3. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma força de sucção do vácuo a montante da válvula esférica; isto após a expulsão repentina do jacto de água comprimido elevado da conduta principal (9), essa conversão repentina da energia de pressão em energia cinética causa uma queda brusca da pressão num vácuo de baixa pressão parcial na conduta principal; assim, um diferencial de pressão com alta pressão vinda da cabeça de elevação de pelo menos de 3 metros mais a pressão atmosférica de 10,3 metros de força da água jogaria um volume de água, conforme procura rapidamente o equilíbrio da pressão na conduta principal; 6 esta operando estando baseada no Princípio da Conservação de Energia, por exemplo, quando a energia de pressão líquida é convertida em energia cinética líquida, existe uma queda de pressão parecida com o processa na garganta estreita de um tubo de Venturi; esta queda de pressão entra numa transferência líquida secundária do reservatório principal para a conduta principal; enquanto as válvulas abrem para apressar a entrada de água à procura do equilíbrio de preço; elas fornecem também a água necessária à conduta principal para sustentar o ciclo seguinte do martelo de água; este mecanismo físico de transferência induzida de água pela força de sucção funciona como a acção de uma bomba motor; porém, sem nenhuma entrada de energia eléctrica; esta força de sucção é causada principalmente pela cabeça de pressão atmosférica e de elevação de ar que vem do reservatório principal.

4. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma bomba auxiliar (24) movida por um motor eléctrico que extrairá água do reservatório principal (1) para a conduta principal (9) para fornecer volume adicional de água e pressão necessária para o próximo martelo de água.

5. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a tubagem da bomba auxiliar (25) que conecta a bomba auxiliar (24) à conduta principal; seu diâmetro interno sendo metade do diâmetro da conduta principal.

6. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma válvula esférica unidireccional auxiliar (26) que tenha as mesmas 7 dimensões e velocidade de rotação da válvula esférica principal (5), ambas as válvulas esféricas giram de maneira que o fluxo de água através da válvula esférica auxiliar (26) é um momento breve anterior à fase de abertura da válvula esférica principal (5); e o fechamento da válvula auxiliar também está adiantado ao fechamento da válvula esférica principal para impedir a dissipação da pressão positiva do martelo de água.

7. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um bocal de recuo de convergência (29); sendo conectado ao lado da saída da válvula esférica (5) ; a força do recuo do jacto empurrando uma haste do pistão (31) para operar funções

8. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo pistão de recuo estar dentro da câmara de pressão (30) forçando o líquido para a tubagem de pressão (34) para operar funções; sendo apoiado pelas colunas (29-c) que se movem ao lango da guia (29-d), que tem uma mola mecânica (29-e) para armazenar a energia durante a compressão e sendo usado empurrar o bocal de volta à posição original; tem também um orifício de escape do ar (29-b) que permite que o ar se mova livremente dentro e fora da câmara-de-ar (29—a) durante as operações

9. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela câmara de pressão (30) compreender uma tubagem de sucção de vácuo (32) que puxa a água do reservatório a jusante (17) durante a expansão de baixa pressão e uma tubagem de escape da pressão (34), a qual fornece líquido pressurizado durante a compressão para operar funções; ambas as tubagens (32 e 34) são controladas separadamente por válvulas de verificação (33 e 35).

10. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo liquido comprimido da tubagem de pressão (34) trabalhar como uma força de pressão adicional para a conduta principal (9) e além de adicionar mais volume de água à conduta principal.

11. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo pistão de permutação (31) actuar num movimento linear a giratório continuo, onde o elemento rotativo é conectado ao rotor de um gerador para produzir electricidade.

12. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo pistão dirigir uma força de pressão para um tanque de dessalinização, no qual os sais e os solúveis são removidos por uma membrana de filtração,

13. Um sistema hidreléctrico, de acordo com as reivindicações 1 a 12, caracterizado por a válvula esférica unidireccional (5) ser a montagem de recuo; sendo feita sem recorrer ao bocal de recuo de convergência; essa montagem está completa com todos os acessórios com funções similares àquelas mencionadas, tais como a câmara de pressão; haste do pistão; tubagem de pressão; tubagem de sucção de entrada; mola; câmara-de-ar; orifício de escape do ar; colunas e guia.

14. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma série de 9 tanques de ondas situados perto do inicio a montante da conduta principal, terem válvulas unidireccionais (4) que estão normalmente fechadas no topo; isso, para acumular pressão de ar comprimido, conforme o aumento repentino do nível de água pressurizada é empurrado até a parte superior dos tanques durante a fase de formação do martelo de água; esta energia armazenada é liberta como força de pressão no fluxo da conduta principal durante a fase de descompressão, este ar comprimido apresenta uma energia dinâmica de interface física gás-líquido, que não consome nenhuma energia eléctrica; além disso, como a pressão dentro dos tanques cai abaixo da pressão atmosférica existente, a válvula unidireccional abrirá para apressar a entrada de ar de pressão atmosférica, o qual abaixa ainda mais o nível de água nos tanques, conduzindo o fluxo da pressão de água para a conduta principal sem usar nenhuma energia eléctrica

15. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o gerador de turbina Pelton com capacidade variando de 50 MW e mais compreender volantes de inércia com massa substancial para armazenar e libertar novamente força mecânica com intuito de nivelar a modo pulsante da força do jacto, e isto para sustentar a frequência óptima do rotor; dessa forma uma força rotatória é conservada por inércia e libertada ao rotor giratório sem usar nenhuma energia eléctrica.

16. Um sistema hidreléctrico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender uma bomba motor de velocidade variável (6) com a cabeça de pressão numa escala de 130 a 400 metros para mais, com força motor de capacidade suficiente; no início, necessitaria acumular aproximadamente um minuto da energia de água fluente para 10 estabelecer uma cabeça de velocidade de fluxo constante de pelo menos 5 metros na conduta principal, conjuntamente com a cabeça de pressão do gradiente hidráulico, que serve como força inicial primária do sistema para a pressão do martelo de água e ajustando o processa de conversões de energia a prosseguir.

17. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 16, caracterizado por formar um circuito distinto de energia compreendendo várias formas de entrada de energia e uma única forma consolidada de saída de energia, como electricidade.

18. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 17, caracterizado por compreender um gerador de início/re-impulso (3), podendo ser substituído por uma fonte de energia existente; é a fonte de entrada inicial de energia para a bomba principal e a válvula esférica; a sua linha de energia será fechada quando a energia do gerador principal (15) for ligada; como em qualquer sistema de energia móvel sujeito às fricções dissipativas e à gravidade, perdas de energia podem alcançar um ponto onde o re-impulso do nível de energia seja necessário; periodicamente, a energia do sistema precisa receber um impulso de um circuito de bomba de re-impulso externo (27) controlado pela energia eléctrica deste, gerada por re-impulso; isto acontece para restaurar o nível da saída de energia.

19. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 18, caracterizado por compreender uma segunda conduta principal, com os mesmos equipamentos nas 11 mesmas dimensões com funções similares; e estar disposto em sentido aposta à da outra conduta principal.

20. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 19, caracterizado por compreender as duas válvulas esféricas situadas em oposição, movendo-se de maneira alternada e num modo de armazenamento rotativo, libertando jactos do martelo de água para manter o gerador de turbina Pelton funcionando.

21. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 20, caracterizado por um canal de entradas de energia conversíveis compreendendo oito formas da energia: entre elas somente uma fórmula de energia requereria uma quantidade substancial de energia eléctrica, a qual seja (a) cabeças de pressão da bomba motor; enquanto as outras sete fórmulas de energia são naturais; dinâmica de interface física gás-líquido de energia e conversões induzidas; (b) cabeças de elevação de força gravitacional induzida no reservatório principal e no reservatório a jusante e que induz também a cabeça de pressão atmosférica de 10,3 metros de água e o peso específico da água; (c) cabeça de velocidade do jacto de água libertado da conduta principal convertido de alta pressão do martelo de água pelo rápido fechamento da válvula esférica; (d) energia de sucção do vácuo induzida após a grande expulsão repentina do jacto de água, o estado parcial do vácuo sendo criado para que forçasse que mais água pressurizada entrasse na área de pressão mais baixa; (e) força de recuo igual e oposta em sentido, produzida pelo jacto de ejecção conforme a "Terceira Lei do Movimento de Newton"; (f) pressões de ar comprimido acumuladas em tanques de ondas durante a fase de alta compressão: (g) pressão de ar atmosférica que 12 permanece e que exerce pressão nos tanques de ondas durante a fase de expansão de baixa pressão: (h) força rotatória de inércia do rotor em movimento.

22. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação de 1 a 21, caracterizado por poder ser expresso como equilíbrio energia/ massa, no qual as entradas de Feixes de Energia / Massa conversíveis devem ser iguais à saída de energia mais as perdas de Energia / Massa; as entradas de energia / massa conversíveis consistem em: a) cabeças de elevação de força gravitacional induzidas do reservatório principal e do reservatório de jusante; cabeça de velocidade do jacto com libertação de aproximadamente 1200 metros de pressão convertida do martelo de água, a qual envolve energia cinética latente convertida do líquido atmosférico; c) A força da sucção do vácuo formada após a descarga repentina na conduta principal aumentando o volume de água directamente do reservatório principal; d) A força de movimento de recuo do jacto; e) Energia da pressão de ar comprimido dentro dos tanques de ondas devido ao aumento repentino de água durante a fase descompressão; f) Pressão de ar atmosférico de 10,3 metros da água, que entra nos tanques de ondas durante a fase de descompressão; g) Força de rotação inerte do rotor em movimento; h) Força mecânica dos motores eléctricos, como a bomba principal, a bomba auxiliar; a bomba de re-impulso periódica e as válvulas esféricas unidireccional; i) a massa da água adicionada ao reservatório principal, conforme necessário, através da tubagem de reabastecimento; a saída de energia é a energia eléctrica gerada de pelo menos 50 MW; as perdas de energia / massa consistem em: a) perda da cabeça de fricção; b) perda de energia como calor; c) perda de energia da 13 expansão da parede da tubagem; d) perda da eficácia do equipamento; e) evaporação de moléculas de água.

23. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 22, caracterizado por compreender uma única saída consolidada de energia, que é mais do que a única forma de entrada de energia, a qual é a força mecânica da bomba motor (6, 24, 27); o princípio desta conversão de energia pode ser comparado à turbina do vento de um sistema de geração eléctrico, e a única entrada de energia é a força do vento e a única saída é a energia eléctrica; quando neste sistema de conversão de energia, as entradas múltiplas são também na maior parte forças naturais que trabalham em conjunto com uma única forma de entrada de energia eléctrica e a saída senda a única energia eléctrica consolidada; este sistema de geração de electricidade não é baseado somente numa forma de entrada de energia, mas numa multitude de entradas de energia que são na maior parte forças naturais produzindo uma única saída de energia eléctrica consolidada maior do que a única forma de entrada energia eléctrica baseada em energia motor.

24. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 23, caracterizado por um circuito fechado do trajecto de fluxo: de um reservatório no nível da terra (1) com pelo menos 3 m de cabeça de elevação, a água recebe um impulso na cabeça de pressão de uma bomba motor principal (6) para entrar numa conduta principal de 1200 metros (9), passando pela válvula de escape de pressão (12), tanques de ondas (13-A e 13-B), tubagens de sucção de vácuo (19-Δ; 19-B e 19-C), tubagens de re-impulso de pressão com terminação numa válvula esférica motorizada unidireccional (5) dentro da casa de controlo (11); a válvula esférica de 14 rotação contínua pára a coluna rápida de água no modo de "fechamento rápido", transformando a energia cinética, de pressão e elástica em toda a coluna de água num martelo de água de grande energia de pressão; enquanto a válvula esférica abre, a água pressurizada é re-transformada num alto jacto de energia cinética, que dispara da conduta principal (9) para impelir o gerador de turbina Pelton a gerar energia eléctrica; a água usada cai, então, no reservatório a jusante (17), do reservatório a jusante, a água é drenada pela força gravitacional através da tubagem de saída (18) de volta ao reservatório principal (1) original; e o ciclo continua.

25. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 24, caracterizado por compreender um sub-circuito complementar do trajecto da água: quando a válvula esférica unidireccional (5) for aberta, um volume enorme de água jorrará para fora da conduta principal (9), e uma força de sucção do vácuo; é formada ao ponto de forçar a água a partir do reservatório principal (1), directamente para o interior da conduta principal (9) através de tubagens de sucção por vácua (19—A, 19-B, 19—C) transferindo a bomba principal e o resto da conduta principal a montante; suportada pela água da tubagem de pressão (34) e a água da linha de bombas auxiliar (25), o volume total de água flui no gerador de turbina Pelton e o reservatório a jusante na casa de controlo, e flui para o exterior pela força gravitacional, de volta para o reservatório principal (1); e o ciclo continua.

26. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação 1 a 25, que caracteriza uma segunda forma de realização, na qual a energia da cabeça de pressão 15 fornecida pela bomba principal (6) está sendo substituída pela energia da cabeça de elevação (derivada da força gravitacional) de um reservatório superior (22) no alto de uma montanha; os outros equipamentos e estruturas do sistema são idênticos nas dimensões e nas funções aos da primeira forma de realização.

27. Um sistema hidreléctrico, de acordo com uma das reivindicações 1 a 26, caracterizado por compreender uma bomba motor (23), que entrega água do nível mais baixo até o reservatório superior (22) para ser usado como a cabeça de elevação para a recirculação.

28. Um sistema hidreléctrico, de acordo com qualquer reivindicação de 1 a 27, caracterizado pelo líquido usado não compreender água, mas o outro líquido tal como óleo, mercúrio elementar ou outras; para tais líquidos, as condutas devem ser redimensionadas para servir aos respectivos números de densidade, módulo de volume de elasticidade; viscosidade e pressão a vapor. Lisboa, 17 de Janeiro de 2011 1/8 4 4

-qjr—xtzsy^ ia. 2 2/8 Fig. 3-A Fig. 3-Β Fig. 3-C Fig. 3-D

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Fig. 3-E Fig. 3-F Fig. 3-G Fig. 3-H Fig. 3-1

Fig. 4

Fig. 3 3/8

4/8

17 —

5/8 0.50 seg 0.75 seg 1.00 seg 1.25 seg 1,75 seg 2,00 seg

Fig. 10 6/8

Fig. 11 7/8 O FORÇA GRAVITADO MAL

CM

IL 1 8/8

Fig» 13 22

Fíg, 14