Patent BR-PI0402426-A (BR)
Title: Conjunto de métodos e sistemas de geração de energia por queda livre de massas ou por ganho e força peso ou por ganho de velocidade de adução
Inventor: SAMPAIO MANOEL CAMARGO
IPC: H02K53/00
Filed: 2004-06-25
Abstract: "CONJUNTO DE MéTODOS E SISTEMAS DE GERAçãO DE ENERGIA POR QUEDA LIVRE DE MASSAS OU POR GANHO DE FORçA PESO OU POR GANHO DE VELOCIDADE DE ADUçãO". Este assunto de Geração de Energia pertence ao Setores Técnicos de Física e de Engenharia, sendo em Engenharia, nas áreas de Hidráulica, Elétrica, Mecânica e, em Física, na áreas de Dinâmica e Cinemática. A presente patente de invenção apresenta quatro formas de se gerar energia de forma cíclica e constante por meio de campos de forças, sem uso de outro combustível que não seja os próprios campos de força e, com a utilização de massa ativas circulantes e não passantes. Um exemplo de massas ativas de forma passante são os fluxos de água das hidroelétricas. Em todos os quatro sistemas, a geração de energia em maior proporção do que o conseguido pelo estado da técnica, possibilitar se utilizar do excedente de energia para o recalque da massa ativa, e ainda, alimentar um sistema de distribuição ou de armazenamento de energia. O Primeiro Sistema de Geração de Energia por Campo de Força é o Sistema de Geração de Energia Hidráulico Gravitacional Por Queda Livre de Massas Ativas Circulantes. Como a massa de líquido ou de água em queda livre apresenta um volume de controle com uma massa igual à duas vezes a massa da equivalente coluna de líquido, para a velocidade final de queda livre, e de recalque, como demonstramos nesta patente, então a força desta massa ativa é dobrada, obtendo-se um fluxo de potência dobrada em relação à potência trabalhada hoje pelo estado da técnica que é uma potência gerada Pg, sendo Pg1 = p . Q . g . h. Como a potência que se obtém no sistema proposto é duas vezes este valor, ou seja, Pg2 = 2 . p . Q . g . h = p . Q . V¬ 2¬, para sistemas com queda livre, então há energia suficiente para se recalcar de volta a massa circulante e ainda com uma razoável quantidade de energia para ser utilizada por outros sistemas ou para a distribuição. Em velocidade constante de adução, que é o que ocorre no estado atual da técnica, a máxima potência que se consegue obter é Pg=p.Q.g.h, posto que as vazões, áreas e velocidades são constantes tanto para geração como para o recalque destas massas ativas. No estado da técnica, as Turbinas Geradoras tipo Hélice, as Turbinas Radiais e as Turbinas Pelton apresentam perdas mínimas de 50% da potência do fluxo hidráulico. Nas THs, Turbinas Hélice, a perda ocorre por estar este fluxo à 90<198> ( noventa graus ) da direção perpendicular ao plano frontal de ação do conjugado mecânico máximo sobre este eixo, estando este plano no sentido radial ao eixo. Além disto o ponto de máximo conjugado está mais próximo às extremidades das hélces e não em seu centro de fluxo. Nas Turbinas Radiais do estado da técnica as perdas apresentadas são elevadas devido ao ângulo médio de ataque do fluxo sobre as pás apresentarem um baixo coseno, diminuindo assim o rendimento de conjugado. As TPs, Turbinas Pelton, trabalham com velocidade tangencial de metade da velocidade do fluxo hidráulico, perdendo assim 50% da potência máxima fornecida pelo fluxo hidráulico, ou seja, Pg = p.Q.V¬ 2¬/2. Nesta invenção apresentamos dois modelos de Turbinas que, salvo as perdas por atrito e pequenos vazamentos, permitem a geração de uma potência máxima próxima de 100% da potência do fluxo hidráulico, ou seja, acima de 98%. São estas turbinas A TFTR, Turbina de Fluxo Tangencial Radial, e a outra é uma TE, Turbina de êmbolo, preferivelmente com pelo menos Quatro Pistões, para que se tenha um fluxo contínuo e maior rendimento. O sistema apresentado nesta patente de invenção apresenta ganho dobrado, tanto com relação ao fluxo hidráulico, quanto às Turbinas, podendo então apresentarem em casos onde as massas ativas hidráulicas não sejam circulativas, mas passantes, como nas atuais hidroelétricas, de até quatro vezes a potência conseguida no estado atual da técnica. O Sistema Hidráulico de Geração de Energia Por Queda Livre permite a implantação de Usinas de Geração de Energia sem a necessidade de grandes reservatórios, podendo gerar, por exemplo, de 16 MVA à 50 MVA em uma área total menor que 1000 ( mil ) metros quadrados, tendo os reservatórios áreas menores que 300 m¬ 2¬ e com altura entre 10 metros e 21 metros. O Segundo Sistema de Geração de Energiapor Campo de Força éoSistema de Geração de Energia Por Queda Livre de Corpos Rígidos, sendo a energia transferida para um Sistema Gerador por qualquer meio permitido pelo estado da técnica atual ou futuro, podendo ser esta energia transferida à um eixo, por meio de raios ou de cordas ou de cabos, ou outro sistema qualquer que o estado da técnica permita ou venha a permitir. A energia deste eixo aciona um gerador de energia mecânica ou elétrica. Esta energia, se transformada em energia elétrica, pode ser distribuída ou armazenada, por exemplo em capacitores ou baterias. O eixo, ou um sistema mecânico, ou o gerador, ou um sistema de armazenagem de energia, ou um sistema de capacitores ou de baterias, aciona um sistema de recalque com velocidade constante, que traciona o corpo rígido ao seu ponto de origem.Sendo a altura de queda livre menor que duas vezes o valor numérico do fator de aceleração do campo de força, existe então um ganho de potência entre a potência gerada por queda livre Pg, Pg = m . g . h / tql , e a potência de recalque Pr, Pr=m.g.h/s , sendo este ganho maior ou igual à 200% da energia gerada em relação à energia de recalque para alturas menores ou iguais à 1/8 do valor numérico do fator de aceleração do campo de força. Quando menor o valor de tql do que a unidade de tempo em segundos, maior será o rendimento do sistema cíclico, sendo o tempo de recalque sempre igual à unidade de tempo de um segundo. Com o tempo de queda livre é menor que um segundo, então existe rendimento de potência no sistema. Uma Massa de 10.000 Kg e uma altura de 0,1 m, em queda livre, atinge 1,4 m/s e o tempo de queda livre tql é de 0,1428 segundos, antão a Pg = 68,7 KW e a potência de recalque Pr é Pr = 9,8 KW. O Sistema de Geração de Energia Por Queda Livre de Corpos Rígidos pode ser utilizado com quaisquer tipos de campos de forças, tais como campos estáticos, campos eletrostáticos, campos elétricos, campos magnéticos, campos eletromagnéticos, campos gravitacionais ou quaiquer outros campos de força conhecidos ou que venham a ser descobertos pelo estado da técnica, desde que os Corpos Rígidos utilizados possam ser atraídos por estes campos de força em Queda Livre. Este sistema pode ser utilizado mesmo fora do campo gravitacional terrestre. O Terceiro Sistema de Geração de Energia por Campo de Força e o Sistema de de Geração de Energia Por Aumento da Força Peso agindo sobre a massa de líquido ativa nas pás da turbina. Utilizando-se de um duto cónico invertido que obedeça as equações de V=raíZ(Vo¬ 2¬ +2.g.h) e S=Q/V, dobrado-se assim o peso da massa ativa sobre as pás da turbina, estando a massa de líquido ou de água em queda livre. A segunda forma deste sistema é utilizar-se de um reservatório de paredes laterais retas e inclinadas, de tal forma que a parede inferior seja a própria área das pás da turbina. Assim, toda a massa que se encontra neste reservatório exerce uma força peso de Fp=m.g.cos(<244>), sendo alfa o ângulo entre as paredes inclinadas e a vertical sobre as pás da turbina, ou do duto de entrada para as turbinas. O quarto Sistema de Geração de Energia por Campo de Força é o Sistema de Geração de Energia Gravitacional por Aumento de Velocidade de Adução com redução da área do duto de adução junto à entrada das pás da Turbina. A alimentação inicial da adução, neste caso, deve ser da mesma forma que o sistema atual do estado da técnica, com aumento da velocidade até se atingir a velocidade inicial de adução, que desce então pelos dutos de adução em velocidade constante. Depois, no setor de redução de área transversal deste duto, o mais próximo possível do ponto de alimentação da turbina para se evitar perdas, se reduz a área aumentando-se a velocidade e proporcionalmente a potência gerada.