Campo de aplicação

[001] Refere-se a presente invenção ao campo da Engenharia Mecânica, compreendendo a conversão de energia potencial gravitacional em energia mecânica e, mais particularmente, a um aparelho gerador de força motriz acionado por energia potencial gravitacional sem o consumo continuo de fontes de energia convencionais.

Estado da técnica

[002] Uma das condições fundamentais necessárias para a realização das atividades produtivas é a disponibilidade de energia. Em especial, as atividades industriais requerem o fornecimento de energia mecânica e elétrica em abundância e com baixo custo.

[003] Atualmente, a maioria das fontes energéticas disponíveis se baseia na conversão de energia mecânica fornecida por turbinas, em energia elétrica.

[004] Ditas turbinas podem ser acionadas por vapor obtido através de combustão de combustíveis, renováveis ou não, ou do calor gerado pela fissão do urânio nas usinas atómicas.

[005] Nas usinas hidrelétricas , turbinas transformam energia hidráulica em mecânica a qual, por sua vez, aciona geradores de eletricidade.

[006] Ainda outro modo de acionar geradores elétricos é

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) através do aproveitamento da energia dos ventos, nos geradores eólicos.

[007] Podem ser citadas ainda as células fotovoltaicas , que transformam diretamente a energia luminosa em elétrica, sem a utilização de partes móveis.

[008] As fontes de energia acima mencionadas apresentam alguns inconvenientes .

[009] De fato, aquelas que utilizam a combustão são poluentes atmosféricos e produzem gases e o conhecido efeito estufa.

[010] As hidroelétricas requerem a formação de reservatórios que ocupam grandes áreas, que resultam em enormes impactos ao meio ambiente.

[011] Os parques eólicos dependem do vento, operando consequentemente de forma intermitente, sendo tal inconveniente também inerente às células fotovoltaicas que, apesar de serem ecologicamente limpas, somente operam quando a radiação solar é favorável .

[012] É evidente, portanto, que existe a necessidade de se promover a geração de energia que utilize fonte energética isenta das limitações inerentes àquelas atualmente adotadas, que seja essencialmente independente de combustíveis e de baixo custo.

[013] A produção de energia potencial gravitacional preenche os requisitos necessários para o fornecimento de energia mecânica sem depender da combustão de substâncias

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) comburentes, da fissão atómica, nem da energia eólica ou luminosa, constituindo-se em fonte confiável e renovável de energia limpa.

[014] Dentre os documentos que revelam tentativas de se obter um sistema ou um equipamento gerador de força motriz não dependente de combustíveis é possível citar os seguintes .

[015] O documento de patente brasileiro PI 9201891-2 sob o título "Moto contínuo gerador de energia elétrica acionado pela força gravitacional em sistema giratório de roda(s) centralmente fixada (s) no eixo volante motor" , de 20/05/1992, cujo requerente é Nildo Martini de Barros (BR/RJ) revela um mecanismo que compreende rodas dotadas de uma pluralidade de rasgos ou frestas estendendo-se do centro para a periferia, ao longo dos quais deslizam pesos em forma de roletes; o mecanismo compreende ainda uma chapa curva que se inicia no ponto mais baixo da carcaça do mecanismo, tangenciando a periferia das rodas e se aproxima gradualmente do cubo central destas até terminar em posição diametralmente oposta ao seu início. Ditos rasgos estão configurados com a porção inicial, interna, curva, o que impulsiona os pesos para a periferia das rodas; devido a esse maior afastamento dos pesos no lado direito, é produzida uma força para baixo que resulta na rotação das rodas no sentido horário. Ao atingir a parte mais baixa tais roletes encontram o início da chapa curva e vão sendo gradualmente impelidos por esta em direção ao cubo central; assim, os pesos do lado esquerdo estão a uma distância menor do cubo da roda. A diferença entre as distâncias dos pesos no lado direito e no lado esquerdo resulta num des-equil-í rio de- forças que produz a rotação das rodas.

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) Tal mecanismo apresenta o inconveniente de não gerar torque suficiente para manter em funcionamento continuo um gerador de energia elétrica, diante da inversão forçada do peso, conforme o evidenciado no mecanismo proposto.

[016] O documento de patente brasileiro PI 9805061-3 sob o titulo "Dispositivo de automação gravitacional" , de 14/05/1998, tendo como requerente Getúlio Olegini Rodrigues

(BR/PR) , essencialmente revela um mecanismo que, de acordo com a descrição apresentada, deveria gerar torque. No entanto, não tem condições de produzir torque suficiente para manter em funcionamento continuo qualquer equipamento que necessite de força motriz, diante da anulação das forças decorrentes no movimento, já tendo sido inclusive considerado irrealizável.

[017] 0 documento de patente brasileiro PI 0204035-2 sob o titulo " Coletor de energia gravitacional para gerar trabalho em outras máquinas" , de 25/09/2002, tendo como requerente Francisco de Assis Fonseca de Aguiar (BR/BA) , revela um mecanismo compreendendo uma roda volante que leva preso um peso em sua extremidade e que ao girar com o peso em queda, e devido a alavancagem existente, extrai-se do seu eixo uma força suficiente para dar continuidade ao giros dos volantes de rotação que, por sua vez, giram uma engrenagem que se acopla a uma cremalheira que fica presa na dita roda volante. Devido às forças de tração existentes nos volantes que estão em rotação a alta velocidade, o peso é impelido a dar um novo giro, dando inicio novamente a todo ciclo, disso resultando um movimento giratório perpétuo. No entanto, a força centrífuga influencia na cadência entre a engrenagem e a cremalheira, impedindo o sincronismo necessário na produção de torque para manter o

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) funcionamento --de máquinas a ele acopladas.

[018] A patente norte-americana US9206788B2 intitulada "Electrical Generator" , concedida em 08/12/2015, tendo como inventor Yukio Takenaka e ilustrada na Fig. 1, revela um aparato compreendendo um corpo giratório 2 num plano vertical; um dispositivo 3 para fazer girar dito corpo giratório; uma pluralidade de geradores 4, regularmente distribuídos ao longo de um aro circular 22 cujo centro é um eixo rotativo 21; um elemento curvo 5 suspenso no eixo 42 de cada gerador 4. A distribuição de massas no elemento curvo 5 é tal que, ao se girar o corpo giratório 2 a uma determinada velocidade, a resistência do ar combinada com a força gravitacional mantém os elementos curvos 5 numa mesma posição, a saber, aquela ilustrada na Fig. 1. Por outro lado, o corpo dos geradores 4 giram, acompanhando a rotação do aro 22 ao qual estão fixados. A rotação relativa entre o eixo 42 e o corpo dos geradores 4 faz com que seja induzida uma corrente elétrica no enrolamento (não ilustrado) de cada gerador, sendo dita corrente armazenada em uma bateria 7.

[019] Conforme se verifica, o aparato descrito nessa patente não trata da conversão da energia gravitacional em energia elétrica, senão apenas utiliza a energia gravitacional para estab-ili-zar as oscilações observadas no objeto do pedido anterior JP 2005-39949, oscilações essas devidas à ação da força centrífuga. Com efeito, o próprio resumo dessa patente revela, de forma explícita, que o objetivo colimado é a estabilização de um gerador de energia elétrica, e não o aproveitamento da energia gravitacional para gerar energia elétrica.

Objetivos da invenção

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) [020] Em vista do exposto, constitui o principal objetivo da invenção o provimento de um aparelho conversor da energia potencial gravitacional em energia mecânica.

[021] Constitui outro objetivo da invenção o aproveitamento de dita energia mecânica para fornecer o torque necessário para manter em funcionamento continuo um gerador de energia ou qualquer outro dispositivo que necessite de força motriz, não dependendo da energia liberada na combinação de quaisquer substâncias e comburentes, ou seja, gerando força motriz sem a utilização de combustíveis em geral, aspecto que resulta em fonte confiável e renovável de energia limpa, notadamente por não produzir resíduo gasoso ou sólido, poluente ou não.

Descrição resumida da invenção

[022] Os objetivos acima, bem como outros, são atingidos pela invenção proposta mediante o provimento de um aparelho que tem sua força gerada pela ação da gravidade, face ao desbalanceamento causado pelo giro sincronizado e sucessivo, num primeiro sentido, de pesos dispostos nos eixos secundários existentes nas placas circulares, promovendo a rotação das ditas placas circulares num segundo sentido oposto ao primeiro sentido e provendo torque ao eixo principal .

[023] De acordo com uma concretização específica da invenção, dito primeiro sentido é o sentido anti-horário e dito segundo sentido, o sentido horário.

[024] É fundamental o fato dos eixos secundários posicionarem os pesos excentricamente com relação ao eixo

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) de simetria vertical e ao eixo principal, para a obtenção do funcionamento acima descrito, permitindo a geração do torque continuo, preciso e potente.

[025] Destarte, os mencionados componentes são dimensionados para criar um giro excêntrico, constituindo condição necessária para o desbalanceamento pretendido em uma proporcionalidade de, por exemplo, 60% dos pesos para um lado e 40% dos pesos para o outro lado. Assim, o desbalanceamento ocorrerá com a inversão das massas dos pesos quando da ultrapassagem do dito eixo de simetria vertical de um lado para o outro.

[026] Para tanto, o aparelho proposto é basicamente constituído por uma estrutura metálica na qual superiormente são fixados mancais que sustentam horizontalmente um eixo principal, horizontal e central, ao qual está fixado um par de placas circulares, paralelas e verticais, que constituem um módulo conversor, tendo-se entre as placas circulares eixos secundários horizontais sustentadores de pesos com massas assimetricamente dispostas em relação aos respectivos eixos de sustentação, sendo ditos eixos secundários girados por um conjunto formado por caixas de redução e motores de giro controlado, tais como servo-motores, motores de passo, etc.

[027] Considerando que os servo-motores necessitam girar milimetricamente e com a precisão exigida para que ocorra o sincronismo entre a sua rotação e aquela das placas circulares, e que as caixas de redução aumentam o torque dos ditos motores, um contador de giros eletrônico

(encoder) é posicionado na extremidade de cada eixo secundário a fim de permitir a regulação do giro desejado dos motores para a obtenção do sincronismo mediante seu

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) acxonaméntb através ^" de um painel de controle eletrônico.

[028] De acordo com outra característica da invenção, a sincronização exata das rotações de ditos pesos é assegurada pela amarração mútua provida por uma terceira placa circular, intercalada entre as ditas placas circulares, que interliga os eixos secundários onde estão fixados os pesos, o que por sua vez minimiza os efeitos da força centrífuga sobre o aparelho.

[029] As posições angulares dos pesos são obtidas pelo acionamento dos servo-motores e medidas continuamente em tempo real por meio de encoders posicionados nos eixos secundários e no eixo motriz, respectivamente, de modo a regular a potência desejada.

[030] De acordo com outra característica da invenção, os servo-motores são alimentados através de uma união rotativa elétrica, inicialmente através de uma bateria convencional e posteriormente por uma parcela de energia gerada em um gerador elétrico acoplado a uma das extremidades do eixo principal, causando a movimentação sequencial e contínua do aparelho retro descrito.

[031] De acordo com outra característica da invenção, a rotação por minuto (RPM) do dito módulo é igual à rotação por minuto (RPM) de ditos pesos, sendo em sentido oposto a esta .

Descrição das figuras

[032] As demais características e vantagens da invenção serão melhor entendidas através da descrição de uma concretização dada a título de exemplo não limitativo e das

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) figuras que a ele se referem, nas quais:

[033] A figura 1 mostra um aparato gerador de acordo com estado da técnica.

[034] A figura 2 é uma vista em perspectiva do objeto da invenção .

[035] As figuras 3-a e 3-b são vistas parciais detalhadas do objeto da invenção.

[036] A figura 4 é uma vista esquemática simplificada dos principais elementos da invenção.

[037] As figuras 5, 6, 7, 8 e 9 ilustram, através de vistas esquemáticas, o principio básico da conversão da energia potencial gravitacional em energia mecânica rotativa, de acordo com a invenção.

[038] A figura 10 é uma vista em perspectiva geral do aparelho da invenção.

Descrição detalhada da invenção

[039] Fazendo referência, agora, às figuras 2 e 3, compreende o aparelho ora proposto uma estrutura metálica na qual superiormente são fixados mancais, sendo um frontal e o outro posterior, que sustentam horizontalmente um eixo motriz, horizontal, principal e central 12 que suporta, solidariamente, um módulo conversor 11 o qual é formado por duas placas circulares paralelas e verticais 18 entre as quais estão montados os pesos 13, sustentados pelos eixos secundários 14 cujas extremidades são inseridas em mancais

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) providos nas referidas placas, de modo que os ditos eixos secundários estejam dispostos num circulo 20 cujo centro é o eixo central 12, e onde as massas dos pesos 13, quando acionados em conjunto pelos servo-motores , formam um circulo excêntrico 21 em relação ao eixo 12.

[040] Os eixos secundários são acionados por uma das extremidades através de um conjunto motor-redutor 19 ao qual está associado um encoder 28 que fornece continuamente dados sobre a posição do motor-redutor. A outra extremidade de cada eixo secundário atravessa a placa oposta e também está provida de um encoder 28, o qual fornece, em tempo real, dados relativos à RPM e à posição do eixo secundário e, consequentemente, do peso 13. Essas informações são encaminhadas a um painel de controle 26 onde são comparadas com os dados referentes à RPM e posição instantânea, em tempo real, do eixo motriz 12 captados por um encoder 28 associado ao mesmo.

[041] Os motores utilizados são servo-motores que são acionados através de uma união rotativa elétrica 25 provida no eixo principal, por sinais de controle fornecidos pelo referido painel. A fim de assegurar que todos os pesos se movimentem em absoluto sincronismo, uma placa circular central 27 interliga os eixos secundários onde estão fixados os pesos, que ao minimizar os efeitos da força centrífuga sobre o aparelho, evita oscilações no consumo de energia dos servo-motores. O equilíbrio nesse consumo de energia proporciona um substancial aumento na durabilidade dos mesmos.

[042] Na forma preferencial de realização da invenção ora descrita, esquematizada na Fig. 4, oito eixos secundários

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) 14 -e -respectivos pesos 13 estão uniformemente dispostos num circulo 20 concêntrico com o eixo principal 12. Todavia, a quantidade de pesos pode ser maior ou menor do que a ilustrada, sendo conveniente que esta seja um número par.

[043] A Fig. 4 ilustra o módulo conversor 11 na condição de repouso, onde se observa o eixo de simetria vertical S que divide o plano de montagem do módulo nos semi-planos direito (D) e esquerdo (E). Nessa condição de repouso, são iguais as resultantes Po e P∑ das forças p devidas aos pesos 13, não existindo, portanto, qualquer tendência para a rotação do módulo 11.

[044] A Fig. 5 mostra ainda que os centros de massa 23 dos pesos estão dispostos num circulo 21. Nessa situação as massas de ambos os lados do eixo de simetria vertical S se compensam mutuamente, de modo que o circulo 21 está simetricamente posicionado com relação ao eixo S , enquanto apresenta excentricidade com relação ao eixo principal 12.

[045] Na Fig. 6, os servo-motores foram acionados, produzindo um giro dos pesos num ângulo inicial a ₂ num sentido anti-horário . Em consequência, observa-se que todos os centros de massa p sofreram um deslocamento para a direita, passando a ter mais forças p no semi-plano direito (D) do que no esquerdo (E) . Mais especificamente, as forças Pi/ P2r P3r P4 ^e P5/ estão à direita do eixo S e as forças Pe, PJ e pá estão à esquerda desse eixo. Em consequência, a resultante P _D i será maior do que a resultante P _E i. Tal desequilíbrio é aplicado, pelos semi-eixos 14 às ditas placas circulares paralelas 18 e, consequentemente, ao módulo 11, produzindo sua rotação no sentido horário.

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) [046] A Fig. 7 mostra que, na situação ilustrada na figura anterior, ou seja, após o giro dos pesos num ângulo anti- horário a _lr o circulo 21' que passa pelos centros de massa 23 apresenta-se agora com uma excentricidade horizontal 22 com relação ao eixo de simetria S e ao eixo principal 12. Desse modo, sempre haverá cinco pesos p no semi-plano direito (D) e três pesos p no semi-plano esquerdo (E) .

[047] A Fig. 8 mostra a situação do conjunto após uma rotação adicional do módulo 11, onde se observa que este sofreu um deslocamento angular aproximado de 90°. Ao mesmo tempo, tendo em vista o fato de que os servo-motores continuaram a ser acionados, o deslocamento angular dos pesos passa a ter um valor equivalente, aproximadamente de 90°. Como resultado, a soma dos pesos no semi-plano direito Pi ⁺ Pi ⁺ P ₃ ⁺ P ₄ ⁺ Ps ⁺ continua sendo maior do que a soma dos pesos p ₆ + p ₇ + p ₈ do semi-plano esquerdo, na proporção de 5:3.- Consequentemente, o módulo 11 continua a ser impelido a girar no sentido horário.

[048] A Fig. 9 complementa figura anterior onde se observa que o circulo 21' ' que passa pelos centros de massa 23 apresenta-se agora com uma excentricidade horizontal 22' maior do que aquela mostrada na Fig. 7, tanto em relação ao eixo de simetria S quanto em relação ao eixo principal 12.

[049] Assim sendo, fica mantido o desequilíbrio entre as resultantes Pp3 > P _∑ 3 assegurando destarte a continuidade da rotação do módulo 11.

[050] Os contadores de giros eletrônicos, ou seja, os encoders, bem como a placa circular central 27 que interliga os eixos secundários 14 onde estão fixados os

FOLHAS DE SUBSTITUIÇÃO (REGRA 26) pesos 13 , ^~ asseguram que a RPM dos pesos 13 seja igual e de sentido oposto àquela do módulo 11, proporcionando assim o sincronismo necessário para que não ocorra a estagnação do movimento gerador de força motriz.

[051] A energia para acionamento inicial dos servo-motores e, portanto, do giro dos pesos no ângulo inicial , é proveniente de uma bateria convencional instalada dentro da caixa do painel eletrônico 26. Após o inicio da operação do sistema, um gerador 30 acoplado ao eixo principal, como mostra a Fig. 10, passa a fornecer a energia necessária ao acionamento subsequente dos mesmos que, como já descrito acima, é efetuado em sincronismo com o giro do módulo, na n _L o crn a F.PM e em sentido oposto.

[052] De acordo com os princípios da invenção, o gerador 30 acoplado ao eixo motriz, além de retroalimentar os servo- motores, fornecerá o excedente de energia para outras máquinas ou dispositivos.

[053] A invenção pode ser realizada a partir de um só módulo 11 e, dependendo da potência a ser obtida, poderão sequencialmente ser adicionados mais módulos idênticos ao primeiro .

[054] Deve ser enfatizado o fato de que a invenção não se limita às figuras e descrição ora apresentadas. Muitas modificações da invenção poderão ser introduzidas por técnicos no assunto, com base nos princípios ora apresentados. Embora termos específicos tenham sido empregados na descrição precedente, fica entendido que os mesmos foram usados de modo genérico e descritivo e não como propósito de limitação.

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