"Estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares, respectivo sistema de automação e método de funcionamento"

Domínio técnico

0 presente pedido descreve uma estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares, respectivo sistema de automação e método de funcionamento.

Antecedentes

É do conhecimento do estado da técnica, a existência de partes da estrutura de edifícios que são móveis, como o caso do documento CN201202178Y que divulga um edificio- depósito automático de automóveis, que compreende uma estrutura de corpo principal, um teto, uma parede lateral, com portas e um mecanismo de controlo automático de estreitamento/alargamento, em que a parede lateral compreende uma parede lateral móvel, e cujo mecanismo permite o alargamento do telhado e da parede lateral móvel.

Assim, este documento divulga uma estrutura de um edifício que executa um estreitamento/alargamento de uma parede lateral, num sentido horizontal, e o rebatimento do teto para configurar uma estrutura dobrável de forma a reduzir o espaço quando não utilizada. Contudo, este documento não apresenta ou revela pistas sobre a solução apresentada neste pedido, onde a estrutura permite a movimentação de toda a construção modular no sentido de maximizar ou diminuir a exposição solar. Sumário

É objectivo do presente pedido descrever uma estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares que compreende :

- uma estrutura inferior (1), que contém uma abertura (4) que contém uma abertura (4) para alojamento de um eixo fixo, composto pelo, elemento de ligação do eixo com o exterior (11) ;

um mecanismo de elevação (2) localizado nas secções laterais da referida estrutura inferior (1) ou na cobertura das construções modulares, o qual está acoplado a uma estrutura superior (3) através da articulação e suporte (6) .

Ao elemento de ligação do eixo com o exterior (11) pode ser preferencialmente acoplada a estrutura (45) e o eixo fixo de fixação ao exterior (5) .

0 referido acoplamento pode ser efectuado através do mecanismo de elevação (2), da chumaceira inferior (7), da chumaceira superior (8), do ferrolho inferior (9), do ferrolho superior (10), das barras de apoio do mecanismo de elevação (35) e da peça de suporte (36) .

Numa forma de realização preferencial, a estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares está ligada a um conjunto de sensores e actuadores.

Ainda numa outra forma de realização preferencial, a estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares compreende um motor de rotação (28) e um motor de accionamento da estrutura superior (14) bem como motores (32 e 33) colocados nos ferrolhos inferior (9) e superior (10) e ainda um conjunto de fins de curso de protecção, em particular as chumaceiras superior (8) e inferior (7) .

Numa forma de realização preferencial, a estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares apresenta uma estrutura superior (3) elaborada em formato de treliça.

É ainda objectivo da presente invenção descrever um sistema de automação ligada à estrutura automatizada que compreende um autómato programável e um conjunto de sensores e actuadores que controlam os movimentos da estrutura.

Numa forma de realização preferencial, o sistema de automação apresenta um conjunto de sensores e actuadores que compreende anemómetros e variadores de frequência.

Ainda numa outra forma de realização preferencial, o sistema de automação apresenta três modos de funcionamento - automático, manual e manutenção.

Numa forma de realização preferencial, o sistema de automação efectua a recolha da estrutura superior (3) e o fecho de todos os ferrolhos (8 e 9) através da acção sobre os motores (14, 32 e 33) quando o anemómetro efectua uma medida de velocidade do vento superior a um valor pré- determinado .

É ainda objectivo da presente invenção descrever um método de funcionamento da estrutura automatizada em conjunto com o sistema de automação em que a estrutura inferior (1) contêm uma abertura (4) para alojamento de um eixo fixo, composto pelo, elemento de ligação do eixo com o exterior (11) , onde poderá ser acoplada a estrutura (45) e o eixo fixo de fixação ao exterior (5), ao qual está, por sua vez, acoplado preferencialmente o mecanismo de rotação (27) ou outro similar, e que, por acção do motor do mecanismo de rotação (28) sobre o carreto de accionamento (29) e os pinhões (30), através de uma corrente conduzindo ao movimento axial de toda a estrutura até pelo menos um raio de 180°.

Numa forma de realização preferencial, o método de funcionamento apresenta uma estrutura inferior (1) no seu movimento axial auxiliado pelas rodas de guiamento do eixo

(12) e pelo conjunto de rodas de apoio da estrutura inferior ( 13 ) .

Ainda numa outra forma de realização preferencial, o método de funcionamento apresenta um conjunto de rodas de apoio da estrutura inferior (13) disposto em circulo em redor de todo o eixo fixo (5), movimentando-se numa calha colocada no solo.

Numa forma de realização preferencial, o método de funcionamento apresenta uma estrutura superior (3) no seu movimento de verão a partir da posição de abertura e fazendo uso do sistema de automação comanda o motor eléctrico de accionamento da estrutura superior (14), o qual acciona o fuso (16) e, através da porca (15) e das bielas (19) eleva a estrutura (3) uma vez que estão a ela acopladas e ao mesmo tempo actuam no motor eléctrico de accionamento do ferrolho inferior (32), que por sua vez accionará a cavilha de encravamento do ferrolho inferior (31) mantendo o ferrolho superior (10) trancado. Ainda numa outra forma de realização preferencial, o método de funcionamento apresenta uma estrutura superior (3) em que no seu movimento de inverno difere no movimento de verão pelo facto do sistema de automação destrancar o ferrolho superior (10) pela acção junto do motor de accionamento do ferrolho superior (33) que acciona a cavilha de encravamento do ferrolho superior (34), mantendo

0 ferrolho inferior (9) trancado.

Descrição das Figuras

Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem limitar o objecto da presente invenção.

Figura 1: Representação esquemática da estrutura com abertura da estrutura superior no movimento de inverno, na qual os seguintes números de referência representam:

1 - estrutura inferior;

2 - mecanismo de elevação;

3 - estrutura superior;

6 - articulação e suporte;

46 - secções laterais da estrutura superior.

Figura 2: Representação esquemática da estrutura com abertura da estrutura superior no movimento de verão, na qual os seguintes números de referência representam:

1 - estrutura inferior;

2 - mecanismo de elevação;

3 - estrutura superior;

4 - abertura para alojamento do eixo;

6 - articulação e suporte. Figura 3: Representação esquemática da estrutura com a estrutura superior em posição fechada, na qual os seguintes números de referência representam:

1 - estrutura inferior;

2 - mecanismo de elevação;

3 - estrutura superior;

7 - chumaceira inferior;

8 - chumaceira superior;

9 - ferrolho inferior;

10 - ferrolho superior;

35 - barra de apoio do mecanismo de elevação;

36 - peça de suporte.

Figura 4: Representação esquemática da vista inferior e superior da estrutura inferior, na qual os seguintes números de referência representam:

1 - estrutura inferior;

5 - eixo fixo de fixação ao exterior;

11 - elemento de ligação do eixo com o exterior;

12 - rodas de guiamento do eixo;

13 - conjunto de rodas de apoio da estrutura inferior.

Figura 5: Representação esquemática do mecanismo de elevação, na qual os seguintes números de referência representam :

9 - ferrolho inferior;

14 - motor eléctrico de accionamento da estrutura superior;

15 - porca de accionamento;

16 - fuso de accionamento;

18 - manga de apoio do fuso de acionamento;

19 - bielas de accionamento da estrutura superior. Figura 6: Representação esquemática da chumaceira inferior, na qual os seguintes números de referência representam:

7 - chumaceira inferior;

21 - elemento móvel da chumaceira inferior;

22 - elemento fixo da chumaceira inferior.

Figura 7: Representação esquemática da chumaceira superior, na qual os seguintes números de referência representam:

8 - chumaceira superior;

24 - elemento móvel da chumaceira superior;

25 - elemento fixo da chumaceira superior.

Figura 8: Representação esquemática do mecanismo de rotação nas vistas inferior e superior, na qual os seguintes números de referência representam:

27 - mecanismo de rotação;

28 - motor do mecanismo de rotação;

29 - carreto de acionamento;

30 - pinhões.

Figura 9: Representação esquemática dos ferrolhos na qual os seguintes números de referência representam:

9 - ferrolho inferior;

10 - ferrolho superior;

31 - cavilha de encravamento do ferrolho inferior;

32 - motor eléctrico de accionamento do ferrolho inferior;

33 - motor de accionamento do ferrolho superior;

34 - cavilha de encravamento do ferrolho superior.

Figura 10: Representação esquemática de parte do funcionamento do sistema de automação em modo automático. Figura 11: Detalhe da representação esquemática do funcionamento do sistema de automação em modo de manutenção .

Figura 12: Detalhe da representação esquemática do funcionamento do sistema de automação em modo manual.

Figura 13: Detalhe da representação esquemática do funcionamento do sistema de automação de um detalhe da função de movimentação para a posição X.

Figura 14: Representação esquemática da estrutura na qual os seguintes números de referência representam:

1 - estrutura inferior;

2 - mecanismo de elevação;

3 - estrutura superior sem secções laterais;

42 - pilar;

43 - vigas superiores.

Figura 15: Representação esquemática da estrutura automatizada, numa vista em perspectiva com a estrutura superior em posição fechada, na qual o seguinte número de referência representa:

1 - estrutura inferior;

40 - tirante;

41 - contrapesos;

42 - pilares de apoio;

43 - vigas superiores;

44 - pilares de apoio de tirantes.

Figura 16: Representação esquemática da estrutura na qual o seguinte número de referência representa:

1 - estrutura inferior; 45 - estrutura fixa.

Figura 17: Representação esquemática da estrutura automatizada com a estrutura superior em posição fechada, na qual o seguinte número de referência representa:

1 - estrutura inferior;

2 - mecanismo de elevação;

3 - estrutura superior;

5 - eixo fixo de fixação ao exterior;

8 - chumaceira superior;

11 - elemento de ligação do eixo com o exterior;

42 - pilares de apoio;

43 - vigas superiores;

45 - estrutura fixa.

Descrição detalhada

A presente invenção descreve uma estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares, respectivo sistema de automação e método de funcionamento, em que a estrutura compreende uma estrutura inferior (1), que contém uma abertura (4) para alojamento de um eixo fixo, composto pelo, elemento de ligação do eixo com o exterior (11), onde preferencialmente, poderá ser acoplada a estrutura (45) e o eixo fixo de fixação ao exterior (5), um mecanismo de elevação (2) localizado preferencialmente nas secções laterais da referida estrutura inferior (1) podendo ainda ser localizado na cobertura das construções modulares, o qual está acoplado a uma estrutura superior (3) com articulação e suporte (6), através do mecanismo de elevação (2), da chumaceira inferior (7), da chumaceira superior (8), do ferrolho inferior (9), do ferrolho superior (10), das barras de apoio do mecanismo de elevação (35) e da peça de suporte (36) e que permite a movimentação desta mesma estrutura superior (3) . O movimento axial e da estrutura superior (3) é gerido através de um sistema de automação baseado num autómato programável e num conjunto de sensores e actuadores, nomeadamente anemómetros e variadores de frequência que controlam os referidos movimentos. Desta forma, a presente invenção possibilita acolher sobre a referida estrutura inferior (1), através do elemento de ligação do eixo com o exterior (11), onde poderá ser acoplada a estrutura (45), sendo efetuada a fixação ao exterior, construções modulares, por exemplo casas, fazendo com que as mesmas se movimentem de acordo, por exemplo, com a orientação solar, de forma a torna-las eficientes energeticamente .

Adicionalmente pode ao referido elemento de ligação do eixo com o exterior (11), o qual se mantém fixo independentemente de haver ou não movimento de rotação, ser acoplada uma estrutura (45), sendo efetuada fixação ao exterior através do eixo fixo (5), a qual se manterá igualmente fixa e que se introduzirá pela construção modular que vier a ser colocada. Desta forma, permitem-se criar diferentes espaços, igualmente de diferentes dimensões, no interior da referida construção modular à medida que decorre o movimento de rotação.

0 sistema de automação é baseado num autómato programável e num conjunto de sensores e actuadores, nomeadamente um anemómetro e variadores de frequência, que controlam o motor de rotação (28) e o motor de accionamento da estrutura superior (14) bem como os motores (32 e 33) colocados, respectivamente, nos ferrolhos inferior (9) e superior (10) e que determinam o eixo de rotação da estrutura superior (14), que podem por exemplo corresponder aos movimentos de verão ou de inverno e através daqueles ferrolhos inferior (9) e superior (10) um conjunto de fins de curso de protecção, em particular as chumaceiras superior (8) e inferior (7) . O sistema de automação ilustrado pelo fluxograma da figura 10 utiliza um software desenvolvido em linguagem Ladder e desenhado para que cada uma das funcionalidades que implementa possa ser invocada por sistemas de mais alto nível como são caso de computadores, tablets ou telemóveis do tipo smartphone e possui 3 modos de funcionamento, os quais se passam a explicar :

Modo 1: Automático

Neste que será o modo habitual de funcionamento, movimentar-se-á a estrutura inferior (1) e a estrutura superior (3) por forma a obter um aproveitamento máximo da energia solar. Dependendo da configuração que se pretenda, o sistema permite só elevar a estrutura superior (3), só rodar toda a estrutura ou efectuar os dois movimentos combinados. Da mesma forma, pode-se configurar, no contexto deste modo automático, se a estrutura superior (3) efectua um movimento de verão, em que o objectivo passa por criar sombra sobre a fachada principal, ou um movimento de inverno, em que o objectivo passa por não criar sombra sobre a fachada, ao mesmo tempo que a estrutura superior (3) se mantém perpendicular a posição do sol, movimentos estes que estão ilustrados nas figuras 1, 2, 14 e 16 respectivamente. Estas configurações podem ainda ser efectuadas no modo manual através da interacção com uma consola gráfica de programação. Os movimentos dos motores são monitorizados pelos variadores e pelo autómato para que qualquer anomalia seja imediatamente detectada e conduza a uma paragem do sistema que obrigará a uma intervenção humana .

A titulo de exemplo os dois motores (14) que asseguram a elevação da estrutura superior (3), têm de se mover de forma síncrona e qualquer desfasamento, por mínimo que seja, será detectado e o sistema pára até que seja resolvida a causa do desfasamento. Em alternativa, poderemos optar apenas por um motor (14) aplicado a um mecanismo de elevação (2) para elevação da estrutura superior (3), sendo colocado ao centro de secção maior. Quando o anemómetro efectua uma medida de velocidade do vento superior a um valor pré-determinado o sistema de automação efectuará a recolha da estrutura superior (3) e o fecho de todos os ferrolhos (8 e 9) através da acção sobre os motores (14,32 e 33) de forma a assegurar a segurança estrutural da estrutura superior (3) . 0 sistema entra assim em modo de manutenção do qual sairá se a condição que levou à comutação para esse modo deixar de se verificar. Quando em modo automático, um utilizador autorizado actuar sobre a consola gráfica de monitorização e programação e solicitar uma mudança de configuração ou um posicionamento predeterminado para a casa ou para a pala, o sistema passa ao modo manual .

0 movimento automático realiza-se assim através da gestão pelo referido sistema de automação que tem em consideração variáveis como a luz solar e a hora do dia.

Modo 2 : Manual

No modo manual pode efectuar-se a monitorização do funcionamento do sistema e configurar o seu comportamento. Existe um conjunto de posições configuráveis para a elevação da estrutura superior (3) e rotação do chassis para as quais o utilizador pode dar uma ordem de posicionamento; o sistema efectuará todas as verificações necessárias e posicionará a elevação da estrutura superior (3) ou a rotação do chassis, isto a uma velocidade mais rápida do que a utilizada no modo automático de seguimento solar .

Modo 3 : Manutenção

0 sistema entra em modo de manutenção sempre que ocorre um erro ou quando a velocidade do vento é superior a um valor predeterminado. No caso de ocorrer um erro a intervenção humana é obrigatória e a resolução do erro levará o sistema ao modo manual. No caso do procedimento de emergência por velocidade do vento elevada, o sistema retornará ao modo automático se após um período de tempo pré-determinado a situação tenha sido resolvida.

De seguida passa-se a explicar os movimentos axial e da estrutura superior (3) :

Movimento axial

A estrutura inferior (1) contém uma abertura (4) para alojamento de um eixo fixo, composto pelo, elemento de ligação do eixo com o exterior (11), onde preferencialmente, poderá ser acoplada a estrutura (45) e o eixo fixo de fixação ao exterior (5) ao qual, preferencialmente, está, por sua vez, acoplado o mecanismo de rotação (27) e que, por acção do motor do mecanismo de rotação (28) sobre o carreto de accionamento (29) e os pinhões (30), através de uma corrente (não representada) permite o movimento axial de toda a estrutura automatizada até um raio de pelo menos 180°. O movimento axial é ainda auxiliado, preferencialmente, pelas rodas de guiamento do eixo (12) e pelo conjunto de rodas de apoio da estrutura inferior (13). Este último conjunto, também preferencial, está disposto em circulo em redor de todo o eixo (5), movimentando-se numa calha colocada no solo (não representada) .

Estrutura superior (3)

Para que a estrutura superior (3), partindo da posição de abertura, como ilustrado na figura 1 (inverno) ou 2 (verão) , se possa movimentar no sentido do fecho na figura 3 (até aproximadamente 14h) e voltar a posição de abertura (aproximadamente às 20h) na figura 1 e 2, de acordo com à altura do sol e direcção da sua luz, o sistema de automação comanda o motor eléctrico de accionamento da estrutura superior (14), o qual acciona o fuso (16) e, através da porca (15) e das bielas (19), as quais elevarão a estrutura superior (3) uma vez que estão a ela acopladas. Este movimento pressupõe que o ferrolho inferior (9) esteja destrancado, algo que o sistema de automação fará simultaneamente por acção do motor eléctrico de accionamento do ferrolho inferior (32), que por sua vez accionará a cavilha de encravamento do ferrolho inferior (31) mantendo o ferrolho superior (10) trancado. Neste movimento, a chumaceira inferior (7), através dos seus elementos fixo e móvel (22 e 21) serve de eixo e suporte à estrutura superior (3), à qual está ligada através da peça de suporte (36) . Este movimento é sobretudo útil no verão, ao nascer e por do sol, quando a posição do sol é mais baixa, logo a inclinação da estrutura superior (3) deve ser maior, como se ilustra na figura 2, podendo ir até a um máximo de 90° graus, criando espaços exteriores privados, sendo que, contudo, numa utilização preferencial, irá até aos 60° graus, criando espaços exteriores cobertos e áreas sombreadas, medidos a partir da chumaceira inferior (7) .

No caso do chamado movimento de inverno, em que o grau de inclinação da estrutura superior (3) não necessita de ser tão grande, de modo a manter adequada a temperatura interior da construção modular, o movimento de abertura da estrutura superior (3) difere apenas pelo facto do sistema de automação ordenar a destrancagem do ferrolho superior (10) pela ação junto do motor de accionamento do ferrolho superior (33) que aciona a cavilha de encravamento do ferrolho superior (34), mantendo o ferrolho inferior (9) trancado. Neste caso, a chumaceira superior (8) através dos seus elementos fixo e móvel (25 e 24) serve de eixo e suporte à estrutura superior (3) em conjunto com a peça de suporte (36) . Este movimento tem uma amplitude máxima de 60 graus medidos a partir da chumaceira superior (3) e é sobretudo útil no inverno, ou seja quando a posição do sol é mais baixa, logo a inclinação da estrutura superior (3) deve ser maior, como se ilustra na figura 1, permitindo a incidência do sol na fachada que resulta no aquecimento do interior da construção modular.

O movimento da estrutura superior (3) pode efectuar-se também no sentido oposto ao apresentado nas figuras, bastando para tal modificar a direcção das bielas (19), deslocando o mecanismo de elevação (2) para o centro da secção lateral e colocando a duplicação dos restantes elementos responsáveis pelo movimento da estrutura superior no lado oposto da mesma secção, dando resposta a necessidades em países próximos da linha do equador.

De referir que as barras de apoio do mecanismo de elevação (35) permitem auxiliar o mecanismo de elevação (2) a suportar as forças exercidas aquando dos movimentos de abertura e fecho da estrutura superior (3) . Toda a estrutura superior (3) é preferencialmente elaborada em formato de treliça, permitindo assim a diminuição do peso e aumento da robustez.

Numa forma de realização preferencial, a estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares poderá efectuar uma rotação de 360°.

Numa outra forma de realização preferencial, a estrutura automatizada para acolhimento de construções modulares pode ser programado para que esta construção modular, por exemplo uma casa, efectue um movimento de 180° de acordo com a deslocação do sol naquele local e voltar ao ponto inicial, efectuando o retorno, durante a noite.

Adicionalmente poderá ser aplicado, com as devidas alterações, o modo de funcionamento anteriormente descrito a uma estrutura mais simples com o objectivo de diminuir custos de produção e de maneira a disponibilizar um produto mais acessível.

Desta forma, pode a estrutura automatizada estar dimensionada, para permitir apenas movimentos de abertura e fecho da estrutura superior (3) sem secções laterais (46). Neste caso, será posicionado o mecanismo de elevação (2) numa das extremidades das secções laterais da estrutura inferior (1), e um pilar (42), que contém uma chumaceira superior (9) na sua extremidade superior, de forma a permitir a articulação da estrutura superior (3) sem secções laterais (46), bem como uma viga superior (43) de suporte. Para controlar os movimentos de abertura e fecho, o autómato programável deverá actuar apenas no motor eléctrico de accionamento da estrutura superior (14) . O angulo de inclinação da estrutura superior sem secções laterais (3) mantém-se idêntico ao anteriormente explicado, contudo, a realização agora descrita apenas permite o movimento de inverno.

Ainda no caso de ser necessário, para efeitos de projeto, colocar a abertura (4) para alojamento de um eixo fixo, composto pelo, elemento de ligação do eixo com o exterior (11), onde preferencialmente, poderá ser acoplada a estrutura (45) e o eixo fixo de fixação ao exterior (5) numa das extremidades da estrutura inferior (1), deverá a estrutura automatizada ser reequilibrada. Recorre-se para o efeito à fixação de pilares de apoio (42) nas extremidades laterais da estrutura inferior (1), os quais ligam a vigas superiores (43) e tirantes (40) acoplados a pilares de apoio de tirantes (44) . São ainda aplicados contrapesos (41) em cada extremidade do lado mais curto da e na estrutura inferior (1) de forma a garantir o equilíbrio de toda a estrutura automatizada, eliminando assim, as rodas de apoio da estrutura (13), podendo ser substituídas as rodas de guiamento do eixo (12) por solução similar ao sistema de grua ou outro.

As reivindicações que se seguem destacam adicionalmente formas de realização particulares da invenção. Lisboa, 02 de Setembro de 2013