CAMPO TÉCNICO

[001] O presente relatório descritivo para invenção se refere ao desenvolvimento de microturbina hidráulica com aplicação na área de geração de energia hidrelétrica, objetivando o aproveitamento do fluxo de água em tubulações de sistemas de abastecimento públicos, rurais e industriais e de instalações hidráulicas prediais.

[002] O funcionamento da presente invenção baseia-se no formato dos desenhos da montagem e do conjunto girante, composto de rotor e eixo central.

[003] A presente invenção é composta por uma carcaça, um conjunto girante e por componentes acessórios, quais sejam rolamentos e respectivos mancais de montante e de jusante e por retentores destinados e impedir que ocorra fuga de água para o seu exterior.

[004] A potência elétrica a ser produzida dependerá das características técnicas da tubulação a ser utilizada como hospedeira, como vazão e velocidade da água e da pressão hidráulica no local da instalação, as quais deverão atender aos requisitos e exigências do gerador a ser adotado. A vazão e a pressão hídricas proporcionarão a intensidade da rotação e do forque, os quais serão transferidos ao eixo do gerador acoplado e provocará a geração de energia elétrica.

[005] De posse dos dados de rotação e forque produzidos pela microturbina na tubulação hospedeira será selecionado o gerador que atenda a esses dados e definida a potência elétrica a ser gerada.

[006] A Microturbina Modelo 3-A poderá ser utilizada em quaisquer instalações urbanas, rurais ou industriais, onde se possam canalizar água com pressão e vazão, e terá efeitos no fornecimento de energia mecânica sob a forma de rotação e torque ao eixo de gerador de energia elétrica.

[007] Os componentes de terceiros - retentores, mancais e rolamentos - não integram o escopo da presente invenção.

[008] A premissa de funcionamento da invenção se dá pelo aproveitamento da energia hidrodinâmica de tubulações e sua conversão em energia mecânica. [009] A presente invenção será inserida como parte das tubulações onde for utilizada, com o eixo central posicionado longitudinalmente ao fluxo de água.

[010] O rotor do conjunto girante possui desenho apropriado para interferir e alterar o fluxo da água, convertendo energia cinética do fluido em energia mecânica, de modo a provocar torque e rotação do eixo central a ele acoplado.

[011] A presente invenção também poderá ser utilizada em quaisquer instalações onde existir potencial para canalização de água, como em desníveis de cursos d'água em propriedades rurais, e poderá ser utilizada em tubulações de instalações hidráulicas prediais, aproveitando o fluxo de água para convertê-lo em energia mecânica a ser utilizada para acionar geradores de energia elétrica.

[012] A presente invenção também poderá ser utilizada com função de redução de pressões em redes distribuidoras de água, cumprindo dupla finalidade, ou seja, reduzir pressões hidrodinâmicas e fornecer energia mecânica para geradores de eletricidade.

ESTADO DA ARTE

[013] A geração de eletricidade através de usinas hidrelétricas é realizada através de diversos modelos de turbinas hidráulicas, sendo mais conhecidas e utilizadas as Pelton, as Francis e as Kaplan.

[014] Turbinas hidrelétricas são máquinas de fluxo de uso especifico, destinadas a absorver energia da água em movimento, sendo que o seu objetivo primordial é exclusivamente a geração de energia elétrica. As turbinas convencionais têm desenhos voltados unicamente para a geração de energia, enquanto que os sistemas de abastecimento de água objetivam atender demandas populacionais e industriais, sem objetivar a produção energética.

[015] Existem semelhanças entre a conformação de tubulações de sistemas de abastecimento de água, especialmente as adutoras, e os dutos que, numa usina hidrelétrica, conduzem água do reservatório para as centrais onde posicionam-se as turbinas hidráulicas. Em muitas das tubulações de sistemas de abastecimento de água há excedentes de energia de posição (energia gravitacional), os quais dissipam-se e perdem-se, quando poderiam ser aproveitados para outras finalidades, entre as quais a geração hidrelétrica. [016] Esse grande potencial, ainda desprezado (especialmente nas adutoras e linhas tronco dos sistemas de abastecimento de água), se for devidamente aproveitado, contribuirá para reduzir o déficit energético crescente, assim como para reduzir custos das corporações da área do saneamento e industriais.

[017] Por outro lado, não raras são as situações em que se utilizam válvulas redutoras de pressão para evitar-se perdas de água devidas a vazamentos, o que significa dissipar-se e desprezar-se uma energia que pode ser aproveitada em finalidade mais nobre, que é a geração de energia elétrica, objetivo da microturbina desenvolvida.

[018] Com o intuito de solucionar esse problema e também reduzir custos das corporações da área do saneamento básico foi desenvolvida a presente invenção, a qual objetiva converter energia hidrodinâmica presente nas tubulações em energia mecânica e fazer rotacionar eixos de geradores de eletricidade.

DESCRIÇÃO

[019] A Microturbina Hidrelétrica Modelo 3-A proposta compõe-se de uma estrutura tubular de conformação curvilínea em formato aproximado de "S", sendo que a sua instalação dar-se-á na tubulação do sistema hidráulico hospedeiro. Preferencialmente será criado um desvio (by-pass) paralelamente à linha principal, o qual deverá ser utilizado nos processos de manutenção eventual do equipamento.

[020] A presente invenção é composta por uma carcaça, também denominada barrilete, formada por curva com 45° (quarenta e cinco graus) na entrada (curva de montante); peça central, cujo desenho aloja no seu interior um rotor; curva de saída (curva de jusante) com 45° (quarenta e cinco graus); retentor para contenção da água, instalado em cavidade especial na curva de montante; retentor para contenção da água na curva de jusante; eixo e rotor do conjunto girante; mancais e rolamentos de montante e de jusante.

[021] O eixo central da presente invenção trespassa o furo longitudinal existente no centro de massa do rotor, fixando-se a este através de parafusos, sendo o rotor posicionado interiormente à peça central da carcaça, adentrando ligeira mente a curva de saída (jusante) e interpondo-se ao fluxo da água. [022] Os retentores são embutidos em cavidades das curvas de entrada e de saída, circunscritos ao eixo central e contidos por peças especiais. Seu objetivo é o de impedir a fuga de água para o exterior.

[023] O eixo central da presente invenção será apoiado extemamente em mancais e rolamentos de montante e de jusante.

[024] O eixo do gerador de eletricidade será acoplado ao eixo da presente invenção, com a utilização de engrenagem redutora/elevadora de velocidade, ou de sistema de polias e correias. A finalidade da engrenagem ou do sistema de polias e correias será a de compatibilizar a rotação obtida pelo eixo da presente invenção com a exigida pelas características técnicas do gerador de energia a ser acoplado.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[025] A Figura 1 é uma vista superior ilustrando a microturbina montada, excetuando-se os mancais e respectivos rolamentos, os quais, inicialmente, não fazem parte do escopo da invenção.

[026] A Figura 2 é uma vista superior da microturbina com transparência ilustrando o posicionamento do conjunto girante em relação à carcaça (barrilete).

[027] A Figura 3 é uma vista em perspectiva do conjunto girante isolado.

[028] As Figuras 4. 5. 6 e 7 ilustram o rotor isolado do eixo central.

[029] As Figuras 8 e 9 ilustram o eixo central isolado do rotor.

G0301 As Figuras 10 e 11 ilustram a peça central da carcaça, a qual é bipartida e composta de duas partes iguais parafusadas, tendo entre as partes a arruela longitudinal de borracha.

[031]As Figuras 12 e 13 ilustram a curva projetada para a entrada da microturbina (curva de montante), com o ressalto onde é acondicionado o retentor.

[032]As Figuras 14 e 15 ilustram a curva projetada para a saída da microturbina (curva de jusante), com o ressalto onde é acondicionado o retentor.

[033] As Figuras 16. 17 e 18 ilustram a peça especialmente projetada para conter o retentor.

[034] As Figuras 19 e 20 ilustram a arruela longitudinal de borracha projetada para dar estanqueidade à junta formada entre as duas metades da peça central da carcaça. [035] As Figuras 21 e 22 ilustram a arruela de borracha utilizada para dar estanqueidade à junta formada entre a curva de entrada e a peça central da carcaça, contendo 14 foros.

[036] As Figuras 23 e 24 ilustram a arruela de borracha utilizada para dar estanqueidade à junta formada entre a peça central da carcaça e a curva de saída da microturbina, contendo 18 foros.