PT1623112E - Aerogerador do tipo ciclone e processo de obtenção de energia a partir do mesmo - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

Aerogerador do tipo ciclone e processo de obtenção de energia a partir do mesmo

Campo técnico do invento 0 presente invento refere-se a um processo de obtenção de energia a partir de um aerogerador compreendendo uma torre com uma turbina de accionamento de gerador, cujo eixo está paralelo e coaxial com a torre, por meio do qual é gerado um ciclone na torre aberta no topo com um furo de admissão lateral para o ar, de modo que a zona de baixa pressão no centro do ciclone gera a potência de accionamento para o fluxo de ar através da turbina. 0 invento refere-se igualmente a um aerogerador do tipo ciclone compreendendo uma base, uma torre aberta no topo disposta por cima da base e estando proporcionada com um furo de admissão lateral para o ar para gerar um ciclone na torre, uma turbina tendo o seu eixo paralelo à torre e furo(s) de admissão através da base e furo(s) de saida em direcção ao centro do ciclone na torre e estando ligados de modo a accionar um gerador colocado na base.

Breve descrição da técnica anterior

Um aerogerador do tipo acima mencionado está revelado na Patente US 4,935,639 A (e US 4,470,131), onde é apresentada como tecnologia anteriormente conhecida. Em torno da periferia de toda a torre existem placas verticais definindo furos de admissão laterais para o ar. As placas geram uma perturbação no fluxo de ar através da turbulência. É evidente, a partir do 1 documento, que se obtém uma energia limitada por meio deste dispositivo, e o documento propõe modificar esta tecnologia conhecida de modo a aumentar a potência de saida.

Breve descrição do invento e seu objectivo

Um objectivo do invento consiste em melhorar a geração de potência de aerogeradores do tipo acima mencionado de uma forma tal que resulte num baixo custo de investimento, assim como numa elevada fiabilidade e baixos custos de manutenção.

Este objectivo é conseguido por meio de um processo e de um dispositivo de acordo com as reivindicações anexas independentes.

Rodando a torre durante a operação, de modo a manter o furo de admissão do ar voltado para o vento, pode obter-se um furo de admissão de ar que proporcione um fluxo totalmente laminar.

Desenhando a torre com uma forma elíptica não circular, com o eixo maior da elipse disposto paralelamente à direcção de entrada do vento quando visto no plano horizontal, a extracção de energia é aumentada. Isto deve-se ao facto do fluxo laminar mudar de direcção e de velocidade várias vezes em cada rotação do seu movimento de turbilhão, e cada desaceleração e aceleração gerar energia cinética que é transformada em energia térmica por meio da qual a velocidade de subida na torre é aumentada. Consegue-se uma formação térmica de uma forma muito simples e eficiente.

Para além da torre vertical apresentar uma secção transversal não elíptica, a forma elíptica no plano horizontal pode obter-se usando uma torre com uma secção transversal circular, que se inclina em relação à vertical num ângulo que 2 é, de preferência, de 10 a 30 graus. A inclinação é então preferível na direcção do vento ou directamente na direcção contrária.

Breve descrição dos desenhos que ilustram duas representações exemplificativas A figura 1 é uma vista esquemática, em perspectiva, parcialmente removida, de um aerogerador de acordo com uma primeira representação exemplificativa do presente invento, A figura 2a é um alçado lateral do aerogerador de acordo com a figura 1; A figura 2b é um corte ao longo da linha b - b da figura 2a; A figura 2c é um corte ao longo da linha c - c da figura 2a; A figura 3 é uma vista por debaixo na figura 1; A figura 4a é um alçado lateral de uma representação alternativa de um aerogerador de acordo com o invento; e A figura 4b é um corte ao longo da linha d - d da figura 4a.

Descrição detalhada das representações preferidas

As figuras 1 a 3 ilustram um aerogerador tendo uma base 11 e uma torre que pode rodar 12 montada na base. A torre 12 tem uma secção transversal circular (ver b - b na figura 2a) e um furo de amissão de ar 13 está ilustrado na figura 2b. O furo de admissão de ar estende-se ao longo de toda a altura da torre. A porção inferior da torre é proporcionada com uma cunha 14, que 3 provoca a inclinação da torre na direcção do vento, e esta cunha está montada horizontalmente num rolamento 15 na porção superior da base, e a rotação da torre é accionada por um motor (não ilustrado) e o controlo é automático, de modo que o furo de admissão de ar da torre seja mantido orientada para o vento. A torre rodar, assim, em torno de um eixo vertical do rolamento 15.

Dentro da base existe um gerador 16 montado em conjunto com um motor hidráulico, que é accionado por meio de uma bomba hidráulica 18 através de mangueiras hidráulicas 17. Uma turbina substancialmente horizontal 19 na porção inferior da torre acciona a bomba hidráulica 18 através de um eixo oco, um eixo tubular O CM que é paralelo a, e coaxial com a torre 12. A turbina 19 tem um furo de admissão de ar em forma de tubo venturi 21 ao qual está ligado um conjunto de condutas helicoidais de admissão de ar 22. A torre tem um rotor 23 coaxial com a torre e com a turbina. Tem um eixo 24 que está disposto através do eixo tubular 20 e está ai ligado por meio de um acoplamento de roda livre 25. O acoplamento de roda livre é um elemento de máquina Standard e não está, por isso, ilustrado em detalhe. O eixo 24 é proporcionado com uma junta universal 26 e está ligada a um travão hidráulico 27, por meio do qual o rotor 23 aquece a água no travão hidráulico. O rotor 23 tem três pás 28, que deixam o centro da torre livre, pelo menos numa porção da dimensão da turbina 19, ver, por exemplo, figura 2b. Uma vez que a torre da presente representação exemplificativa se inclina, as pás 28 estão inclinadas de tal forma que estão numa posição vertical quando são embatidas pelo vento. Este concepção inclinada ou curva das pás também resulta no facto do lado traseiro da pá 4 contribuir, por acção helicoidal, para conduzir o ar para cima e para fora da torre, à medida que a pá roda. À medida que o vento sopra através do furo de admissão de ar 13, o ar irá formar um ciclone, cujo vortex ("olho") está posicionado exactamente antes do furo de saida da turbina 19. Esta é a zona de pressão mais baixa e o ciclone irá, por isso, aspirar ar através da turbina fazendo a turbina rodar. 0 ar subirá então em espiral, escapando-se pelo topo da torre.

Com baixas velocidades de vento, o ciclone formado será tão fraco que o rotor 23 acciona a turbina 19 através do acoplamento de roda livre 25 entre os eixos 24 e 20. Com velocidades de vento mais elevadas, o rotor 23 perturbará ligeiramente a formação de ciclone, mas gerará ganhos com velocidades de vento baixas, e a combinação da formação de ciclone e rotor 23 é um compromisso que parece ser favorável em muitas aplicações. Uma vez que as pás 28 do rotor 23 cobrem apenas uma porção menor do raio da torre e deixam o centro da torre livre, o seu impacto é aceitável. No entanto, em representações alternativas, pode ser escolhido deixar de fora o rotor 23 e usar, em vez disso, uma torre vazia. O calor gerado pelo travão hidráulico 27 pode ser usado, por exemplo, numa rede de aquecimento local. O travão hidráulico pode ser controlado electronicamente desde a potência zero para cima, de modo a proporcionar a instalação geradora com a relação desejada total entre a energia térmica de saída e a potência eléctrica, em qualquer momento.

Tal como está ilustrado nas figuras 2b - c, a torre 12 tem uma secção transversal circular, o que significa que a secção transversal, de um ponto de vista horizontal (figura 2c) , é elíptica. Este desenho provou aumentar consideravelmente a potência de saída do aerogerador, quando comparada com uma 5 concepção com uma torre vertical tendo uma secção transversal circular. Isto deve-se, provavelmente, ao facto do fluxo de ar no ciclone formado desacelerar e acelerar duas vezes por rotação, isto é, haverá quatro mudanças de velocidade por rotação, o que resulta na transformação da energia cinética em energia térmica. A subida da temperatura do ar diminui a densidade do ar e aumenta, consequentemente, a velocidade de elevação vertical do ar no ciclone, e aumenta a potência da turbina. 0 diâmetro da torre pode ter, por exemplo, 10 a 15 m para uma instalação geradora com dimensão média, e a altura da torre pode ter, por exemplo, 3 vezes o diâmetro.

No exemplo acima descrito, a forma elíptica da torre no plano horizontal é obtido através de uma torre com uma secção transversal circular que se inclina em relação à vertical. A inclinação faria, normalmente, um ângulo de 20 a 40 graus e, de preferência, 10 a 30 graus.

As figuras 4a - 4b ilustram uma representação alternativa na qual a torre está na vertical e a forma elíptica não circular num corte transversal horizontal é conseguida desenhando a torre vertical para ser, ela própria, elíptica, ver o corte ao longo da linha d - d na figura 4a ilustrado na figura 4b. Esta torre está também orientada de forma que o eixo maior da elipse esteja disposto paralelamente à direcção de entrada do vento.

Assim, não existe, por exemplo, necessidade de inclinar as pás do rotor 28 e a cunha (14 nas figuras 1 e 2a) que provoca a inclinação da torre pode ser deixada de fora. Esta representação é mais simples, de um ponto de vista mecânico, do que as representações exemplificativas que foram ilustradas com referência às figuras 1 e 2. Este representação vertical do presente invento não será aqui descrita em maior detalhe, uma 6 vez que a torre 12 está montada de uma forma semelhante, e compreende componentes já descritos com referência às figuras 1 e 2 .

Lisboa, 6 de Março de 2009 7 1

Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo de obtenção de energia a partir de um aerogerador compreendendo uma turbina de accionamento de gerador (19) com um eixo (24) paralelo à torre, por meio do qual um ciclone é gerado na torre (12) aberta no topo e proporcionada com um furo de admissão lateral (13) para o vento, de modo que a zona de baixa pressão no centro do ciclone gere a força de accionamento necessária para o fluxo de ar através da turbina, a torre (12) sendo accionada em rotação durante a operação, de modo que o furo de admissão de ar (13) da torre seja mantido orientado para o vento, caracterizado por a torre (12) ser mantida numa posição inclinada em relação à vertical, numa direcção paralela à direcção do vento, de forma que a secção transversal da torre forme uma elipse no plano horizontal substancialmente ao longo de todo o comprimento da torre, o centro da elipse estando situado substancialmente sobre o dito eixo (24) .
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a torre (12) ser mantida num ângulo de 10 a 30 graus em relação à vertical.
3. 3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a torre (12) ser mantida inclinada em relação à vertical num sentido coincidindo com a direcção do vento.
4. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o ar ser conduzido em direcção a um furo de admissão em forma de tubo venturi 1 (21) através de uma pluralidade de canais helicoidais (22) numa base (11) do aerogerador.
5. 5. Aerogerador do tipo ciclone, compreendendo uma base (11), uma torre (12) disposta por cima da base e sendo aberta no topo e proporcionada com uma furo de admissão lateral (13) para que o vento gere um ciclone na torre, uma turbina substancialmente horizontal (19) tendo furos de admissão (21, 22) através da base e um furo de saída em direcção ao centro do ciclone na torre e estando ligado para accionar um gerador (16) disposto na base, caracterizado por a torre (12) ser formada de maneira que a secção transversal da torre forme uma elipse no plano horizontal substancialmente ao longo de todo o comprimento da torre, o centro da elipse estando situado substancialmente sobre o eixo da torre (24).
6. 6. Aerogerador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a dita elipse ser formada pelo facto da torre ter uma secção transversal circular e estar inclinada em relação à vertical num sentido paralelo à direcção do vento.
7. 7. Aerogerador de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a torre (12) fazer um ângulo de 10 a 30 graus com a vertical, de preferência num sentido coincidente com a direcção do vento.
8. 8. Aerogerador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a torre (12) ser vertical e apresentar uma secção transversal elíptica.
9. 9. Aerogerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado por a torre (12) 2 compreender um rotor (23) com pás (28) e um eixo (24) paralelo e coaxial à torre que está ligado ao eixo (20) da turbina por meio de um acoplamento de roda livre (25) .
10. 10. Aerogerador de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por o eixo do rotor (24) estar disposto de forma a accionar um travão hidráulico (27) para aquecer a água. Lisboa, 6 de Março de 2009 3