INTRODUÇÃO

[001] A presente patente de invenção trata de um sistema baseado na modulação de componentes para potencializar a geração de energia elétrica de corrente alternada, em ciclo fechado, utilizando, como recurso preponderante, a água, podendo ser dimensionado segundo a necessidade de cada planta e os planos de geração e distribuição.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] A invenção em questão é aplicada na produção de energia elétrica, para consumo e aplicação em vários setores tecnológicos e da sociedade em geral.

ESTADO DA TÉCNICA

[003] Na atualidade, são empregadas diferentes tecnologias para produção energética, sejam elas baseadas no fluxo hídrico, como as hidrelétricas (ocupam vastas áreas alagadas), termoelétricas, que são baseadas na queima de combustíveis fósseis ou biomassa, ou ainda a fissão nuclear. Além destas, existem tecnologias que fazem o uso de recursos naturais abundantes na superfície do planeta, como a solar e a eólica, e tecnologias experimentais, como a dos mares e a das ondas.

[005] As principais matrizes energéticas utilizadas atualmente são caras e exigem a disponibilidade de grandes áreas.

[006] A hidrelétrica exige a escolha de áreas com características específicas para sua implantação, e gera grande impacto socioambiental durante a execução do empreendimento.

[007] A termoelétrica gera grandes emissões de dióxido de carbono na atmosfera e partículas suspensas, potencialmente nocivas à saúde humana.

[008] A termonuclear, além de ser muito cara, possui uma vida útil de aproximadamente sessenta anos (60 anos), e gera um subproduto radioativo que exige local de armazenamento seguro e monitoramento constante, e é claro, devastadora no caso de acidente e/ou falha.

[008] O atual estado da técnica antecipa alguns documentos de patentes que versam sobre formas de geração de energia, como o PI1000665-6, intitulado “MÁQUINA CONVERSORA DE POTÊNCIA ANGULAR” - refere-se a uma máquina conversora de potência angular, destinada a converter, em energia mecânica, o calor extraído da energia potencial, obtida de fontes primárias ou secundárias, disponibilizando-a para o acionamento de geradores elétricos, ou acionamentos de compressores, bombas, ventiladores ou outros mecanismos acionados por giro. Assim, o calor é extraído diretamente das fontes de energia, e captado por um fluido condutor tipo óleo mineral, óleo vegetal, sal liquefeito ou outros que, em ciclo fechado e integrado, é induzido ao estágio seguinte de troca de calor com o sistema de propulsão, composto por pistões de ação de ciclo fechado tipo Stirling, conjugados à eixos de bombas de líquidos a pistão, disponibilizados e distribuídos em um sistema de giro rotor, e acionados a partir da resultante de variação de temperatura e expansão de gases.

[009] O documento acima trata de um dispositivo com pequenas similaridades, ao pedido ora em questão, no que tange ao uso de determinados dispositivos, tais como a possibilidade de modulação, uso de motores Stirling® e bombas hidráulicas para acionamento cinético por movimento angular de turbinas, e consequente transferência de potência e torque de giro ao eixo central do sistema rotor, para geração de energia elétrica pelo uso de alternadores para os mais variados fins. No entanto, a anterioridade apresenta montagem complexa, grande suscetibilidade a manutenção e alto custo de produção.

[010] Também é um limitante técnico da máquina conversora de potencial angular, apresentar perdas de calor durante o processo de captação e transporte da energia, entre a fonte secundária/primária e o dispositivo para a troca de calor, realizado por fluído condutor para o acionamento do dispositivo propulsor (motor Stirling®), havendo a necessidade do uso de isolantes para minimizá-las. [01 1] Portanto, o PI1000665-6 é uma máquina que auxilia a coprodução e aproveitamento de energia térmica, quando utilizada no setor industrial. Sendo um sistema ineficaz de aquecimento, com a possibilidade de uso de combustíveis fósseis, já que se trata de subutilização dos setores derivados da indústria, para atender o próprio setor produtivo. Desse modo, a anterioridade trata de um dispositivo auxiliar, com intuito de diminuir o gasto energético no setor industrial. No próprio detalhamento do invento, é tratado como “acoplagem” de geradores elétricos, multiplicadores de velocidade, compressores, bombas, ventiladores, pás ou outros (todos os exemplos que o invento retrata são explicitamente interligados ao setor industrial).

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[012] É objetivo da presente invenção, propor um sistema que ocupe pequenos espaços, em comparação aos sistemas de geração de energia convencionais, que seja livre de emissões de gases poluentes, possa ser implantado em qualquer lugar, cujas condições topográficas permitam a construção das instalações do empreendimento, que é de arquitetura simples e modular (galpão pré-moldado);

[013] É objetivo da presente invenção, propor um sistema que não precise de matéria-prima para queima, reação química ou a nível atómico, em que a geração de energia se faça por meio do reuso da água em um ciclo fechado, necessitando apenas de um pequeno consumo de energia elétrica;

[014] É objetivo da presente invenção, propor um sistema de simples construção, reduzida manutenção e custo;

[015] É objetivo da presente invenção, propor um sistema que ocupe espaços relativamente pequenos;

[016] É objetivo da presente invenção, propor um sistema que não envolva recursos ambientais na produção de energia. Não havendo inundação de grandes áreas, como nas hidrelétricas. Também não há emanação de dióxido de carbono para a atmosfera, como quando da queima de combustíveis fósseis, tão utilizado nas termoelétricas, e ainda a exploração de biomassa. Outrossim, não há a utilização de grandes áreas abertas como os painéis fotovoltaicos, ou da necessidade dos ventos na produção de energia eólica; [017] É objetivo da presente invenção, propor um sistema que, por ser modular, pode ser facilmente instalado, como unidade pontual para sistema individual de produção de energia (uso industrial), e até para sistemas de distribuição de energia para todo o país;

[018] É objetivo da presente invenção, propor um sistema em que haja o contato direto entre o motor Stirling® e a fonte de energia, de modo que se consiga reduzir o espaço ocupado pelo motor Stirling®, e ainda eliminar as possíveis perdas energéticas presentes no fenômeno de dissipação por troca de calor entre o conduto e o meio ambiente.

[019] É objetivo da presente invenção, propor um sistema cujo circuito hidráulico, dotado de componentes de controle de vazão e pressão, possibilite uma maior segurança, uma vez que impede o retomo e esforços que excedam os limites de projeto, normalmente causados por eventuais falhas. E ainda permite o ajuste fino do jato pressurizado, para o melhor aproveitamento dos recursos presentes no mesmo.

[020] É objetivo da presente invenção, propor um sistema de ótima relação custo x benefício.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[021] A invenção trata de um sistema de produção de energia elétrica, com ciclo fechado de produção, utilizando como recurso preponderante a água, contida e limitada em tanque de retenção e alimentação, já que, após utilizada, ela retorna ao ciclo produtivo, numa logística reversa. Os componentes que efetivam o sistema estão dispostos de forma a reproduzir a produção de energia, simulando a queda da água na produção de energia, como nas hidrelétricas convencionais.

[022] O sistema compreende, basicamente, os módulos de tanque de retenção e alimentação, aquecimento indutivo ou outras fontes de calor e geração de energia cinética, bombas d'água, acumulador hidropneumático e câmara para armazenamento de fluido pressurizado, turbina hidráulica e gerador de energia.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[023] A invenção será, a seguir, descrita em sua forma de realização, sendo que, para melhor entendimento, referências serão feitas aos desenhos anexos, nos quais estão representados: FIGURA 1 : Diagrama esquemático do sistema modular hidrodinâmico para geração de energia em ciclo fechado;

FIGURA 2: Vista em perspectiva esquemática do sistema modular hidrodinâmico para geração de energia em ciclo fechado;

FIGURA 3: Vista em perspectiva esquemática invertida do sistema modular hidrodinâmico para geração de energia em ciclo fechado, com destaques para o aquecedor indutivo e turbina PeltorK®);

FIGURA 4: Vista lateral esquemática do sistema modular hidrodinâmico para geração de energia em ciclo fechado;

FIGURA 5: Vista anterior esquemática do sistema modular hidrodinâmico para geração de energia em ciclo fechado.

DESCRIÇÃO TÉCNICA DETALHADA DA INVENÇÃO

[024]“SISTEMA MODULAR HIDRODINÂMICO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA EM CICLO FECHADO”, trata de um sistema que utiliza água armazenada em um tanque (1 ) de retenção e alimentação, para reproduzir a geração de energia, simulando a queda d’água como em uma hidrelétrica, no entanto, em ciclo fechado, por meio de componentes modulares, para tanto, utilizando duas fontes de energia, em que a primeira é, preferencialmente, o aquecedor indutivo (2), ou outro sistema de aquecimento, para movimentação dos motores de combustão externa tipo Stirling® (3), e, a segunda fonte, as bombas (4) hidráulicas que recalcam a água do tanque (1 ) de retenção e alimentação e a direciona até uma câmara isobárica (5) e daí a água, já pressurizada, chega até as turbinas hidráulicas Pelton® (6), onde um altemador (7) produz a energia elétrica. Após este ciclo, a água retoma para o tanque (1 ) de retenção e alimentação, num procedimento de logística reversa.

[025] Mais particularmente, a invenção trata de um sistema baseado na modulação dos componentes para potencializar a geração de energia elétrica, de corrente alternada, segundo a necessidade de cada planta e os planos de geração e sua distribuição. O sistema é formado pelos seguintes componentes, modulares, que podem ser agrupados conforme a necessidade de cada planta e os planos de geração e distribuição da energia elétrica: um tanque (1 ) de retenção e alimentação, um filtro (8), um motor de combustão externa tipo Stirling® (3), um aquecedor indutivo (2) ou outro sistema de aquecimento conhecido, uma bomba (4) hidráulica, uma válvula de retenção de fluxo (9), um acumulador de pressão hidropneumático (10), um misturador (1 1 ), uma câmara isobárica (5), um medidor de vazão e/ou pressão (12), uma válvula de segurança limitadora de pressão (13), um registro (14), uma turbina hidráulica Pelton® (6) e um alternador (7). O funcionamento do sistema ora reivindicado, independente da demanda requerida, tem como premissa o recalque da água acondicionada no tanque (1 ) de retenção e alimentação para rotacionar a turbina hidráulica Pelton® (6), ou outro modelo de turbina que se fizer necessário. Entre o tanque (1 ) de retenção e alimentação e as bombas (4) hidráulicas, existe pelo menos um filtro (8), para reter impurezas que possam estar presentes no meio líquido durante o bombeamento. Para funcionar, as bombas (4) hidráulicas necessitam de força motriz, que é suprida por um motor de combustão externa tipo Stirling® (3), que, como já comentado, tal qual os outros componentes, deverá ser agrupado em módulos, sendo responsável não pelo movimentação da bomba (4) hidráulica, mas também pela coprodução de energia, que deverá ser destinada ao uso interno das instalações, por meio de correias de distribuição acopladas ao seu volante mestre. Essa é a primeira fonte de energia do sistema, ou seja, aquela que supre carga para o aquecedor indutivo (2), que aquecerá o motor de combustão externa tipo Stirling® (3), assim, viabilizando o bombeamento. Resumidamente, o volante mestre do motor de combustão externa tipo Stirling® (3) é responsável pelo movimento ordenado de giro e torque, e fornece energia cinética para a movimentação da bomba (4) hidráulica, e pela força necessária para a geração de energia elétrica para a alimentação do aquecedor indutivo (2). O aquecedor indutivo (2) não depende somente da energia produzida através da coprodução energética (alternador (7) acoplado ao volante) para o seu funcionamento, fazendo-se necessário o uso de uma fonte externa para o perfeito funcionamento do sistema. As bombas (4) hidráulicas serão dimensionadas conforme a necessidade de cada projeto, segundo a vazão desejada (m ³ /s), e o número de módulos determinados para bombear o líquido responsável pelo movimento das turbinas hidráulicas Pelton® (6), simulando a queda d ^' água como em uma hidrelétrica. Uma vez bombeada a água na direção da turbina hidráulica Pelton® (6), são necessários alguns componentes de limitação e controle do fluxo, como a válvula de retenção de fluxo (9), que tem a atribuição de impedir o retomo indesejado do meio líquido, presente no sistema do bombeamento em alta pressão. Outro componente necessário é o acumulador de pressão hidropneumático (10), que reduz as vibrações e oscilações que possam surgir durante a passagem pelo módulo da bomba (4) hidráulica, que, certamente, reduziria a vida útil e o desempenho da turbina hidráulica Pelton® (6). Por fim, um misturador (1 1 ), complementar a câmara isobárica (5), recebe todo o líquido bombeado em alta pressão pelo sistema composto pelos módulos anteriores, antes de lançá-lo na referida câmara isobárica (5), que possibilita o fornecimento de uma pressão interna constante e/ou controlada para a etapa seguinte. Antes do líquido chegar até a turbina hidráulica Pelton® (6), há um medidor de vazão e/ou pressão (12), utilizado para determinação da velocidade e pressão do fluido pressurizado; uma válvula de segurança limitadora de pressão (13), para garantir que a pressão do sistema não ultrapasse os valores pré-determinados em projeto, e um registro (14), dispositivo de segurança, adotado para rápida interrupção do abastecimento de energia cinética para a turbina hidráulica Pelton® (6) em caso manutenção ou revisão. A turbina hidráulica Pelton® (6) é o último componente acoplado ao circuito hidráulico, a qual transforma a energia cinética em energia mecânica, através da transmissão pelo eixo do rotor que une a turbina hidráulica Pelton® (6) ao altemador (7). O alternador (7) é o componente responsável pela transformação da anergia mecânica da turbina hidráulica Pelton® (6) em energia elétrica.

[026] Nesta forma de viabilização da invenção, conforme ilustrado na figura 1 , o sistema utilizou um módulo de tanque (1 ) de retenção e alimentação, três módulos de aquecedores indutivos (2), três módulos de motores de combustão externa tipo Stirling® (3), três módulos de bombas (4), um filtro (8) de impurezas, seis módulos de válvula de retenção de fluxo (9), três módulos de acumuladores de pressão hidropneumáticos (10), um módulo misturador (1 1 ), uma câmara isobárica (5), um módulo de medidor de vazão e/ou pressão (12), uma válvula de segurança limitadora de pressão (13) e um registro (14), além de um módulo de turbina hidráulica Pelton® (6) e um módulo de alternador (7).