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Title:
RENEWABLE HYDROELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/183997
Kind Code:
A1
Abstract:
The present application to a patent of invention relates to a hydroelectric power generation system (1) for small or medium consumers, pertaining to the technical field of electric power generation equipment, and comprising: a crossflow hydraulic turbine (10); a closed hydraulic circuit (40) to supply a pressurised water flow "A", and including a pressure pump (41); a 3KW to 20KW electrical power generator (50); a voltage inverter circuit (60) that powers the consumer (100) and the pressure pump (41); optionally, a structural cabinet (70) (skid) factory-designed to house: the turbine (10), the pump (41), the generator (50), and the inverter circuit (60), and comprises a hydraulic input connection terminal (71) and a hydraulic output connection terminal (71'), external electrical terminals (72) and a structure (80) containing the water tank (42) connnected by a closed hydraulic circuit to the crossflow hydraulic turbine (10), forming a compact sealed unit containing the system (1), the system being optionally designed for home use, and an electrical generator being further designed with a generation capacity and size more suitable for the system.

Inventors:
AQUINO GALLO MARCELO DE ARAUJO (BR)
ARMANDO GALLO CARLOS (BR)
Application Number:
PCT/BR2022/050383
Publication Date:
October 05, 2023
Filing Date:
September 30, 2022
Export Citation:
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Assignee:
AQUINO GALLO MARCELO DE ARAUJO (BR)
ARMANDO GALLO CARLOS (BR)
International Classes:
F03B13/08; F03G7/10
Domestic Patent References:
WO2011047456A12011-04-28
Foreign References:
US20130307272A12013-11-21
US4443707A1984-04-17
US20120160350A12012-06-28
RO130122A22015-03-30
FR3100288A12021-03-05
Other References:
ADHIKARI RAM, WOOD DAVID: "Computational Analysis of a Double-Nozzle Crossflow Hydroturbine", ENERGIES, vol. 11, no. 12, pages 3380, XP093098630, DOI: 10.3390/en11123380
Attorney, Agent or Firm:
MODAL MARCAS E PATENTES LTDA (BR)
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Claims:
Reivindicações

1 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, compreendido: por turbina hidráulica (10), formada: por rotor (2)-(3), carcaça (4), dispositivo hidráulico de acionamento (5) e tomada e saída de força (6); por circuito hidráulico (40) de fornecimento de fluxo de água “A” para a turbina (10); por gerador elétrico (50) acoplado na tomada de saída de força (6) da turbina hidráulica (10); por circuito eletroeletrônico (60), que processa a energia elétrica gerada e a alimenta no quadro de entrada do consumidor (100), caracterizado por a turbina hidráulica (10) ser uma turbina hidráulica de fluxo cruzado (10); o circuito hidráulico (40) de fornecimento do fluxo hidráulico “A” compreende um circuito hidráulico fechado (40) de fornecimento de fluxo de água pressurizado “A”, do qual faz parte uma bomba pressurizadora (41 ); o gerador elétrico (50) pode ser de tipo selecionado dentre aqueles que geram energia com tensão de 3KW até 20 KW; o circuito eletroeletrônico (60) é um circuito inversor de tensão (60) que alimenta com energia elétrica gerada o consumidor (100) e a bomba pressurizadora (41 ); referido sistema de geração de energia hidroelétrica (1 ) pode ser formado ainda por gabinete estrutural (70) (skid) que aloja, ao nível de fábrica-, a turbina hidráulica de fluxo cruzado (10); a bomba pressurizadora (41 ), o gerador elétrico (50); e o circuito inversor de tensão (60) e tem terminais de conexões externos hidráulicos de entrada (71 ) e de saída (71 )’ ligados nas entradas e saídas da turbina hidráulica de fluxo cruzado (10) e terminais de conexão elétricos externos (72) ligados no circuito inversor (60); ditos terminais (71 ), (71 )’, (72) tais que podem ser plugados em circui- tos hidráulico e elétrico do local da instalação, sendo que, opcionalmente, o skid é formado pelo gabinete estrutural (70), que contém a turbina hidráulica de fluxo cruzado (10); a bomba pressurizadora (41 ), o gerador elétrico (50); e o circuito inversor de tensão (60), e, adicionalmente, por uma estrutura de apoio adjacente (80), que contém a caixa de água (42) ligada em circuito hidráulico fechado com às entradas e saídas da turbina hidráulica de fluxo cruzado (10), formado assim o sistema de geração de energia hidroelétrica (1 ) completo em uma unidade compacta selada.

2 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com reivindicação 1 , caracterizado por a turbina hidráulica de fluxo cruzado (10) tem conjunto hidráulico de acionamento (5) formado: por primeiro (20)-(21 )-(22) e segundo (30)-(31 )- (32) dispositivos de entrada de fluxo hidráulico, de colaboração com o giro do rotor e de saída do fluxo hidráulico, iguais, paralelos e opostos, referido primeiro dispositivo (20)-(21 )-(22) é compreendido: por primeira abertura de entrada (20); por primeira região semicilíndrica (21 ) da carcaça, na qual abre a abertura de entrada (20) e pela qual passam as pás (3) do rotor; por primeira abertura de saída (22), derivada da primeira região semicilíndrica (21 ) e oposta e alinhada à referida primeira abertura de entrada (20); e por primeiro fluxo hidráulico “A”, que é recebido na primeira abertura de entrada (20), alimentado na primeira região semicilíndrica (21 ), onde empurra as pás (3) e estas giram o eixo (2) e que saí pela primeira abertura de saída (22) e o referido segundo dispositivo (30)-(31 )-(32) é formado: por segunda abertura de entrada (30), oposta e diagonalmente alinhada à primeira abertura de entrada (20); por segunda região semicilíndrica (31 ) da carcaça, oposta à primeira região semicilíndrica (21 ), na qual abre a referida segunda abertura de entrada (30) e pela qual passam as pás (3) do rotor; por segunda abertura de saída (32), derivada da segunda região semicilíndrica (31 ), alinhada à referida segunda abertura de entrada (30) e oposta e diagonalmente alinhada à primeira abertura de saída (22); e por segundo fluxo hidráulico “B”, oposto ao primeiro fluxo hidráulico “A”, que é recebido na segunda abertura de entrada (30), alimentado na segunda região semicilíndrica (31 ), onde empurra as pás (3) e estas giram o eixo (2), completando o ciclo de giro do rotor (2)-(3), segundo fluxo hidráulico “B” esse que saí pela segunda abertura de saída (32).

3 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o circuito hidráulico fechado de fornecimento de fluxo de água pressurizado (40) é compreendido: por caixa de água (42) ligada em circuito fechado com a turbina hidráulica de fluxo cruzado (10); dito circuito fechado compreendido: por canalização (43) de saída um fluxo de água “C”; pela bomba pressurizadora (41 ) em cuja entrada se liga a canalização (43) de alimentação do fluxo de água “C” e na saída uma canalização (44) de alimentação de um primeiro fluxo de água pressurizado “A” na primeira abertura de entrada (20) da turbina hidráulica de fluxo cruzado (10); por canalização de retorno (45) ligada na primeira abertura de saída (22) da turbina hidráulica de fluxo cruzado (10) e em entrada da caixa d’agua (42); por canalização (46) de alimentação de um segundo fluxo de água pressurizado “B”, por um lado, ligada na saída da bomba pressurizadora (41 ) e pelo outro lado, ligada na segunda abertura de entrada (30) da turbina hidráulica de fluxo cruzado (10); e por canalização de retorno (47) ligada na segunda abertura de saída (31 ) da turbina hidráulica de fluxo cruzado (10) e na canalização de retorno (45).

4 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o gerador elétrico (50) ser selecionado dentre geradores de tipo que geram energia com tensão de 3KW ou 5KW ou 10KW ou 20 KW.

5 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o circuito inversor de tensão (60) ser compreendido: por caixa de passagem (string box) (61 ), circuito inversor (62), circuito de controle eletrônico (63), conjunto, esse do qual se deriva circuito de alimentação (64) ligado aos disjuntores (65) do quadro do consumidor (100) e à bomba pressurizadora (41 ).

6 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o gabinete estrutural (70), em uma possibilidade de realização, pode ser constituído: por um estrado-base (73), sobre o qual ficam montados a turbina hidráulica de fluxo cruzado (10); a bomba pressurizadora (41 ); e o gerador elétrico (50); por paredes circundantes (74), superior (75) e porta (76) montadas no estrado-base (73); e parede interna que define um compartimento interno (77) que contém o circuito eletroeletrô- nico (60), sendo que em paredes (74), (75) adequadas ficam dispostos os terminais de conexão hidráulicos (71 ), (71 )’ e elétricos (72).

7 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL” de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a estrutura (80) de apoio da caixa d’água (42) compreende: estrado-base (81 ), sobre o qual se apoia a caixa cTágua (42); e estrutura aberta prismática (82) montada no estrado-base (81 ).

8 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por poder ser alimentado em circuito fechado pressurizado a partir da instalação hidráulica do local de instalação e/ou do circuito hidráulico fechado de fornecimento de fluxo de água pressurizado (40) e/ou de manancial natural: rio, lago, represa.

9 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por sistema de alimentação de energia elétrica gerada no sistema público de distribuição de energia elétrica que contêm medidor bidirecional e/ou associado a um sistema de armazenamento de energia elétrica, como banco de baterias.

10 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de uso doméstico, caracterizado por dispositivo (200)- (210) de pequeno porte formado por turbina (200) e gerador (210) incorporados diretamente um no outro e de tipo que gera tensão de 3KW ou 5KW; dito sistema compreendido: por referido dispositivo (200)-(210); por circuito hidráulico fechado (220) que alimenta a turbina (10), formado: por caixa d’água (221 ) e por bomba pressurizadora (222) que alimentam um fluxo de água pressurizado “A”’ na turbina (200); e por tubulação de retorno (223) ligada na saída da turbina (200) e em entrada da caixa d’água (221 ); por circuito inversor de tensão (230) com entrada ligada na saída do gerador (210) e saída ligada na bomba de pressurização (222) e em circuito elétrico (260) de ali- mentação de pontos de consumo de energia elétrica, tais como: pontos de luz, tomadas, interruptores e outros de um ambiente doméstico (residência, escritório).

1 1 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por: o dispositivo (200)-(210), a bomba pressurizadora (222) e o circuito in- versor de tensão (230) são alojados, ao nível de fábrica, em um gabinete estrutural (240), dotado de terminais de conexão hidráulico e elétrico externos de modo a constituir uma unidade compacta selada, que pode ser conectada em circuitos hidráulico e elétrico do local da instalação.

12 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 1 1 , caracterizado por o gabinete estrutural (240) poder ser composto também por estrutura anexa (250) que contém a caixa d’água (221 ), ligada em circuito fechado com a turbina (200) do dispositivo (200)-(210); dito gabinete estrutural (240) e a estrutura (250) contendo assim todo o sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, doméstico (1 ).

13 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ser associado a meios de armazenamento de energia, como banco de baterias e/ou a circuito de alimentação do excedente gerado na rede pública, que contém um medidor bidirecional.

14 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, compreendendo um gerador elétrico (300) composto: por rotor (301 ) formado por miolo (302), eixo (303) e imãs (304); por esta- tor (bobina) (305) formado por espiras; por carcaça (306) que aloja e tem montados o rotor (301 ) e estator (305) e para fora da qual se prolonga uma das extremidades do eixo (303); por circuito elétrico associado (307) de coleta e ligação, caracterizada por gerador elétrico (300) formador: por rotor (301 ) dotado de imãs (304); e por estator (bobina) (305) dotado de espiras; ditos imã (304) e espiras em disposições e quantidades selecionadas para que o gerador (300) tenha capacidade de geração de 3KW e que seja alojado e montado em carcaça (306) com comprimento “x” de 272mm x diâmetro “y” de 165mm x medida “z” do diâmetro + caixa de ligação de 179mm.

15 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por gerador elétrico (300) formado: por rotor (301 ) dotado de imãs (304) e por estator (bobina) (305) dotado de espiras; ditos imã (304) e espiras em disposições e quantidades selecionadas para que o gerador (300) tenha capacidade de geração de 5KW ou 10KW e que seja alojado e montado em carcaça (306) com comprimento “x” de 326mm x diâmetro “y” de 186mm x medida “z” do diâmetro + caixa de ligação de 242mm.

16 “SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por gerador elétrico (300) formado: por rotor (301 ) dotado de imãs (304); e por estator (bobina) (305) dotado de espiras; ditos imã (304) e espiras em disposições e quantidades selecionadas para que o gerador (300) tenha capacidade de geração de 20KW e que seja alojado e montado em carcaça (306) com comprimento “x” de 362mm x diâmetro “y” de 213mm x medida “z” do diâmetro + caixa de ligação de 278mm.

Description:
“SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA HIDROELÉTRICA RENOVÁVEL”

INTRODUÇÃO

[001] O presente relatório descritivo refere-se a um pedido de patente de invenção para sistema de geração de energia hidroelétrica, pertencente ao setor técnico dos equipamentos de geração de energia elétrica, particularmente geração de energia elétrica para um consumidor de pequeno ou médio porte, como uma edificação, uma instalação rural, empresas de médio e pequeno porte, hotéis, escolas, hospitais, residências ou similares e que foi desenvolvido para prover energia renovável e “limpa”.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Em muitas situações é desejável ou necessária a geração de energia elétrica no próprio local de consumo, seja para prover o local com energia ou complementar a energia fornecida pelo sistema público ou para atender a situações de emergência nas quedas de energia pública ou outros. Para atender a isso já são conhecidas unidades geradoras de energia elétrica acionadas a partir da queima de combustíveis, tais como diesel, gasolina.

[003] Considerando o estado da técnica, o inventor, técnico experiente no assunto, inferiu outras possibilidades de geração de energia elétrica nos próprios locais de consumo, que não use a queima de combustível, de modo a ser renovável e “limpa”.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[004] Assim, o objetivo da presente patente de invenção é prover um sistema de geração de energia elétrica, para atender a um ponto de consumo de pequeno ou médio porte, tal como; uma edificação, uma instalação rural, uma empresa de médio ou pequeno porte, hotéis, escolas, hospitais, residência e similares, acionado a partir da conversão da energia cinética de um fluxo de água, proporcionando, desse modo, geração de energia renovável, “limpa” e sem a necessidade de queima de combustível.

[005] Outro objetivo é prover um sistema de geração de energia elétrica que seja acionado com fluxo de água com pressão da rede de abastecimento pública e/ou com pressão forçada gerada no local de consumo, através de um circuito fechado de alimentação, pressuri- zação e retorno.

[006] Outro objetivo é prover um sistema de geração de energia hidroelétrica, que possa ser construído na forma de uma unidade selada de pequeno porte, que facilite sua instalação em pequenas áreas do local de uso.

[007] Outro objetivo é prover um sistema de geração de energia hidroelétrica com capacidade de atender ao local da instalação e, em caso de energia excedente, alimentar a rede pública local, através de um medidor bidirecional.

[008] Outro objetivo é prover um sistema de geração de energia hidroelétrica de construção e fabricação simples.

[009] Outro objetivo é prover um sistema de geração de energia elétrica com baixos custos de aquisição, instalação, operação e manutenção.

[010] Outro objetivo é prover um sistema de geração de energia hidroelétrica que proporcione redução de consumo de energia elétrica a partir da rede pública, que possa, eventualmente, alimentar esta com energia limpa e sustentável reduzindo assim o custo da energia elétrica para o consumidor.

[011] Outro objetivo é prover um sistema de geração de energia hidroelétrica conforme a presente invenção, porém arranjado para constituir um sistema de geração de energia hidroelétrica renovável doméstico, para alimentar circuito de alimentação de pontos de consumo, tais como, iluminação, tomadas, interruptores e similares.

[012] Outro objetivo da presente patente de invenção é prover geradores com capacidades de geração e volume físico que melhor atendam ao presente sistema de geração de energia hidroelétrica renovável.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[013] Tendo em vista, portanto, os aspectos e objetivos acima e visando observá-los e atendê-los foi desenvolvido o sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, objeto do presente pedido de patente de invenção, o qual é compreendido, essencialmente: por turbina hidráulica de fluxo cruzado; por circuito hidráulico fechado de fornecimento do fluxo de água pressurizado para a turbina; por gerador elétrico de tipo que fornece tensão de 3KW ou 5KW ou 10KW ou 20 KW acoplado na tomada de força da turbina hidráulica de fluxo cruzado; por circuito inversor de tensão ligado na saída do gerador, no quadro de entrada do consumidor e em bomba pressurizadora do circuito hidráulico; e, em uma possibilidade de realização, referido sistema é compreendido, adicionalmente, por gabinete estrutural que aloja, a nível de fábrica: a turbina hidráulica de fluxo cruzado; a bomba pressurizadora; o gerador elétrico; e o circuito inversor de tensão, referido gabinete estrutural dotado externamente de tomadas de conexão hidráulica e elétrica e, opcionalmente, referido gabinete estrutural podendo ter estrutura anexa para alojar uma caixa d’água do sistema ligada em circuito fechado à turbina hidráulica de fluxo cruzado. Dita invenção compreendendo ainda um arranjo do sistema para uso doméstico compreendido, essencialmente: por dispositivo de pequeno porte formado por turbina e gerador incorporados diretamente um no outro, de tipo que gera tensão de 3KW, 5KW adequada para circuito de alimentação de pontos de consumo de energia elétrica, tais como: pontos de luz, tomadas, interruptores e outros de um ambiente doméstico (residência, escritório e outros). A invenção prevê ainda disposições de gerador com capacidade de geração e volume físico mais adequados ao presente sistema de geração de energia hidroelétrica renovável.

[014] Desse modo, o sistema é capaz de gerar energia elétrica adequadamente para pequenos e médios consumidores, tais como: uma edificação, uma instalação rural, uma empresa de médio ou pequeno porte, hotéis, escolas, hospitais e similares e pode ser ligado de forma que, em caso de geração de excedentes, alimente a rede pública do local através de medidor bidirecional. Desse modo, não só pela possibilidade de o consumidor gerar a sua própria energia, mas também pela possibilidade de “vender” excedentes de geração, há uma redução no custo de consumo de energia elétrica.

[015] Dado às características do presente sistema de geração de energia hidroelétrica, este é apto a gerar energia renovável e “limpa”, atendendo assim às atuais demandas por não agressão ao meio ambiente (solução verde).

[016] O presente sistema pode ser montado em gabinete estrutural, que aloja: a turbina hidráulica de fluxo cruzado; uma bomba de pres- surização, o gerador elétrico; e o circuito inversor de tensão, conjunto esse dotado de terminais de conexão hidráulicos e elétricos externos, tudo montado ao nível de fábrica, de modo que chegue ao local da instalação simplesmente uma “caixa” que é plugada em circuito fechado nas instalações hidráulica do local e/ou em caixa d’água do sistema e plugada também no circuito elétrico local; dito gabinete estrutural mantido como elemento de proteção da instalação, proporcionando assim facilidade e agilidade.

[017] O presente sistema apresenta concepção para geração de energia renovável e “limpa”. De fato, devido ao sistema ser alimentado através de um circuito hidráulico fechado, ou seja, com meio para armazenamento de água de acionamento, canalização de alimentação de água sob pressão para a turbina hidráulica de fluxo cruzado e canalização de retorno, dito sistema proporciona um funcionamento contínuo e sem gerar resíduos que agridam o meio ambiente, contrariamente ao que ocorre com sistemas de geração que usam queima de combustível. Tais aspectos atendem aos objetivos principais da invenção.

[018] Ainda, o arranjo para uso doméstico incorpora as vantagens do sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, porém proporciona alimentação de energia elétrica mais adequada para uma instalação doméstica, atendendo assim outro objetivo da invenção.

[019] Apesar das inúmeras vantagens proporcionadas, como acima descritas, o presente sistema apresente construção e fabricação simples e consequentemente baixos custos de aquisição, instalação, operação e manutenção, o que atende outros objetivos da invenção. LISTA DE DESENHOS

[020] Os desenhos anexos referem-se ao sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, objeto do presente pedido de patente, nos quais:

- a fig. 1 mostra um esquema do sistema;

- a fig. 2 mostra um detalhe ampliado de uma turbina hidráulica de fluxo cruzado que faz parte do sistema, e suas conexões;

- a fig. 3 mostra uma vista esquemática externa de um gerador que pode compor o sistema e a indicação de seu acoplamento à turbina hidráulica de fluxo cruzado e outros componentes do sistema;

- as figs. 4 e 5 mostram uma possibilidade de realização do sistema, montado em uma gabinete estrutural que contém os seus componentes, formado assim uma unidade compacta selada;

- as figs. 6 a 8 referem-se ao arranjo do sistema de geração de energia hidroelétrica renovável para uso doméstico, sendo que a figura 6 mostra um dispositivo gerador de pequeno porte, componente principal do sistema para uso doméstico;

- a fig. 7 mostra um esquema do sistema de geração de energia hidroelétrica renovável doméstico obtido com dispositivo ilustrado na figura 6;

- a fig. 8 mostra uma possibilidade de realização opcional do sistema arranjado para uso doméstico, compreendendo um gabinete estrutural que aloja o sistema; .

- as figs. 9 a 15 mostram a disposição em gerador elétrico, o qual apresenta uma relação capacidade de geração e volume físico mais adequada para o presente sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, sendo que a figura 9 mostra uma vista esquemática do conjunto rotor e estator do gerador tornados em separado;

- a fig. 10 mostra uma vista lateral de um gerador de 3kw;

- a fig. 1 1 mostra urn vista frontal do gerador de 3kw;

- as figs. 12 e 13 mostram uma vista externa esquemática, lateral e frontal, respectivamente de um gerador que pode ser de 5kw ou 10KW; e

- as figs. 14 e 15 mostram uma vista externa esquemática, lateral e frontal, respectivamente de um gerador de 20kw.

DESCRIÇÃO DETALHADA COM BASE NOS DESENHOS

[021] Conforme ilustram as figuras 1 a 5 acima relacionadas e é previsto na invenção, o sistema de geração de energia hidroelétrica renovável 1 , objeto do presente pedido de patente invenção, destina- se a atender a pequenos e médios consumidores de energia elétrica 100, como sejam: uma edificação, uma instalação rural, empresas de médio e pequeno porte, hotéis, escolas, hospitais e similares e é compreendido, essencialmente (figs. 1 , 2): por turbina hidráulica 10, formada: por rotor 2-3, carcaça 4, dispositivo hidráulico de acionamento 5 e tomada e saída de força 6; dito sistema formado ainda por circuito hidráulico 40 de fornecimento de fluxo de água “A” para a turbina 10; por gerador elétrico 50 acoplado na tomada de saída de força 6 da turbina hidráulica 10; por circuito eletroeletrônico 60, que processa a energia elétrica gerada e a alimenta no quadro de entrada do consumidor 100.

[022] Na presente invenção e isso constituindo o objeto principal a ser protegido na patente, a turbina hidráulica 10 é uma turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; o circuito hidráulico 40 de fornecimento do fluxo hidráulico “A” compreende um circuito hidráulico fechado 40 de fornecimento de fluxo de água pressurizado “A”, do qual faz parte uma bomba pressurizadora 41 ; o gerador elétrico 50 pode ser de tipo que gera tensão de 3KW ou 5KW ou 10KW ou 20 KW; o circuito ele- troeletrônico 60 é um circuito inversor de tensão 60 que alimenta com energia elétrica gerada o consumidor 100 e a bomba pressurizadora 41.

[023] Em uma possibilidade de realização (fig. 4) referido sistema de geração de energia hidroelétrica 1 pode ser formado ainda por gabinete estrutural 70 (skid) que aloja, ao nível de fábrica-, a turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; a bomba pressurizadora 41 , o gerador elétrico 50; e o circuito inversor de tensão 60; dito gabinete estrutural 70 pode ter terminais de conexão externos hidráulicos de entrada 71 e de saída 71 ’ ligados nas entradas e saídas da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10 e terminais de conexão externos elétricos 72 ligados no circuito inversor 60; ditos terminais 71 , 71 72 tais que podem ser plugados em circuitos hidráulico e elétrico do local da instalação, formado assim uma unidade compacta selada. Para efeito deste relatório, expressão “ao nível de fábrica” quer dizer que todos os componentes do sistema (turbina hidráulica de fluxo cruzado 10, bomba pressurizadora 41 , gerador 50, circuito inversor de tensão 60 e gabinete estrutural 70) são montados uns aos outros na fábrica do equipamento, de modo que chegue ao local de instalação somente uma “caixa” que é plugada nas instalações hidráulicas do local e/ou no circuito hidráulico do sistema e plugada nas instalações elétricas do local; dito gabinete estrutural fica no local da instalação, contendo os componentes 10, 41 , 50, 60, atuando assim como elemento permanente de proteção do sistema. [024] Opcionalmente, (fig. 5) o skid é formado pelo gabinete estrutural 70, que contém a turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; a bomba pressurizadora 41 , o gerador elétrico 50; e o circuito inversor de tensão 60, e, adicionalmente, é formado também por uma estrutura de apoio adjacente 80, que tem montada a caixa de água 42 ligada em circuito hidráulico fechado com às entradas e saídas da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10, formando assim o sistema completo de geração de energia hidroelétrica alojado na unidade compacta selada.

[025] As descrições que se seguem referem-se a detalhamentos dos componentes 10, 40, 50 60, 70, 80 acima aludidos.

[026] Assim, (figs. 2,3) a turbina hidráulica de fluxo cruzado 10 é de tipo objeto de outro pedido de patente do mesmo requerente, compreendida: pelo rotor 2-3, carcaça 4, conjunto hidráulico de acionamento 5, tomada de saída de força 6; dito conjunto hidráulico de acionamento 5 é formado: por primeiro 20-21 -22 e segundo 30-31 -32 dispositivos de entrada de fluxo hidráulico, de colaboração com o giro do rotor e de saída do fluxo hidráulico, iguais, paralelos e opostos. Referido primeiro dispositivo 20-21 -22 é compreendido: por primeira abertura de entrada 20; por primeira região semicilíndrica 21 da carcaça, na qual abre a abertura de entrada 20 e pela qual passam as pás 3 do rotor; por primeira abertura de saída 22, derivada da primeira região semicilíndrica 21 e oposta e alinhada à referida primeira abertura de entrada 20; e por primeiro fluxo hidráulico “A”, que é recebido na primeira abertura de entrada 20, alimentado na primeira região semicilíndrica 21 , onde empurra as pás 3 e estas giram o eixo 2 e que saí pela primeira abertura de saída 22. [027] O referido segundo 30-31 -32 dispositivos de entrada de fluxo hidráulico, de colaboração com o giro do rotor e de saída do fluxo hidráulico é formado: por segunda abertura de entrada 30, oposta e diagonalmente alinhada à primeira abertura de entrada 20; por segunda região semicilíndrica 31 da carcaça, oposta à primeira região semicilíndrica 21 , na qual abre a referida segunda abertura de entrada 30 e pela qual passam as pás 3 do rotor; por segunda abertura de saída 32, derivada da segunda região semicilíndrica 31 , alinhada à referida segunda abertura de entrada 30 e oposta e diagonalmente alinhada à primeira abertura de saída 22; e por segundo fluxo hidráulico “B”, oposto ao primeiro fluxo hidráulico “A”, que é recebido na segunda abertura de entrada 30, alimentado na segunda região semicilíndrica 31 , onde empurra as pás 3 e estas giram o eixo 2, completando o ciclo de giro do rotor 2-3, segundo fluxo hidráulico “B” esse que saí pela segunda abertura de saída 32.

[028] O circuito hidráulico fechado de fornecimento de fluxo de água pressurizado 40 é compreendido (figs. 1 , 3): por caixa de água 42 ligada em circuito fechado com a turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; dito circuito fechado compreendido: por canalização 43 de saída da caixa d’água pela qual flui um fluxo de água “C”; pela bomba pres- surizadora 41 em cuja entrada se liga a canalização 43 de alimentação do fluxo de água “C” e na saída uma canalização 44 de alimentação de um primeiro fluxo de água pressurizado “A” na primeira abertura de entrada 20 da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; por canalização de retorno 45 ligada na primeira abertura de saída 22 da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10 e em entrada da caixa d’agua 42; por canalização 46 de alimentação de um segundo fluxo de água pressurizado “B”, por um lado, ligada na saída da bomba pressuriza- dora 41 e pelo outro lado, ligada na segunda abertura de entrada 30 da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; e por canalização de retorno 47 ligada na segunda abertura de saída 31 da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10 e na canalização de retorno 45.

[029] O gerador elétrico 50 (figs. 1 , 3) de tipo de 3KW ou 5KW ou 10KW ou 20 KW tem a construção usual, formada: por rotor 51 ; es- tator (bobina) 52; por circuito associado 53; por carcaça 54, que aloja o conjunto; e por eixo de tomada de força 55 que é acoplado na tomada de força 6 da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10.

[030] O circuito inversor de tensão 60 é compreendido: essencialmente (fig. 1 ): por caixa de passagem (string box) 61 , circuito inversor 62, circuito de controle eletrônico 63, conjunto, esse do qual se deriva um circuito de alimentação 64 ligado aos disjuntores 65 do quadro do consumidor 100 e à bomba pressurizadora 41 .

[031] O gabinete estrutural 70 (fig. 4), em uma possibilidade de realização, pode ser constituído: por um estrado-base 73, sobre o qual ficam montados a turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; a bomba pressurizadora 41 ; e o gerador elétrico 50; por paredes circundantes 74, superior 75 e porta 76 montadas no estrado-base 73; e parede interna que define um compartimento interno 77 que contém o circuito eletroeletrônico 60, sendo que em paredes 74,75 adequadas ficam dispostos os terminais de conexão hidráulicos 71 , 71 ’ e elétricos 72.

[032] A estrutura 80 de apoio da caixa d’água 42 compreende: estrado-base 81 , sobre o qual se apoia a caixa d’água 42; e estrutura aberta prismática 82 montada no estrado-base 81 . [033] Assim, quando o sistema está em funcionamento, um fluxo de água “C” é alimentado na bomba pressurizadora 41 , que o pressuriza e forma o primeiro fluxo de água pressurizado “A” que é alimentado na abertura de entrada 20, da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10, entra na primeira região 21 desta, onde referido fluxo “A” colabora na movimentação das pás 3 que colaboram no giro do eixo 2 e referido fluxo “A” sai pela abertura de saída 22 e retorna à caixa d’água 42, através da tubulação de retorno 45, simultaneamente, na saída da bomba pressurizadora 41 forma-se segundo fluxo de água pressurizado “B”, que é alimentado na abertura de entrada 30, oposta à primeira abertura de entrada 20 e que abre na segunda região 31 da turbina hidráulica de fluxo cruzado 10, oposta à primeira região 22; em referida região oposta 31 , referido segundo fluxo de água pressurizado “B” colabora na movimentação das pás 3 que colaboram com o giro do eixo 2, completando assim o ciclo de giro do rotor, referido fluxo “B” sai pela segunda abertura de saída 32 e é alimentado por tubulação 47 na tubulação de retorno 45. O giro do eixo 2 e de sua tomada de força 6, gira o rotor 51 do gerador 50, gerando assim energia elétrica, que é alimentada no circuito inversor de tensão 60 que a processa e alimenta no consumidor de médio ou pequeno porte 100 (uma edificação, uma instalação rural, empresas de médio e pequeno porte, hotéis, escolas, hospitais e similares) e a alimenta também na bomba pressurizadora 41 , completando-se assim o ciclo.

[034] Dentro da construção básica, acima descrita, o sistema de geração de energia hidroelétrica renovável 1 , objeto da presente pa- tente, pode apresentar modificações relativas a materiais, dimensões, detalhes construtivos e/ou de configuração funcional e/ou ornamental, sem que fuja do âmbito da proteção solicitada.

[035] Dentro disso, o presente sistema de geração de energia hidroelétrica renovável 1 pode ter o circuito hidráulico conectado em circuito fechado no circuito de distribuição da edificação ou instalação rural ou empresa ou hotel ou outros onde é instalado ou pode conter uma caixa d’agua própria 42 ligada em circuito fechado na turbina hidráulica de fluxo cruzado 10 ou pode ser ligado em circuito fechado a um manancial natural (não ilustrado) como rio, lago, represa e similares.

[036] O presente sistema de geração de energia hidroelétrica renovável 1 pode alimentar o excedente de energia gerado ao sistema público de distribuição de energia elétrica através de circuito de controle adequado, do qual faz parte um medidor bidirecional, propiciando assim que o usuário “venda” energia para o sistema público de distribuição. O presente sistema 1 pode também estar associado a um sistema de armazenamento de energia elétrica, como um banco de baterias (não ilustrado), a partir do qual o consumidor 100 é alimentado.

[037] Deve ficar subtendido que os componentes do presente sistema de geração de energia hidroelétrica renovável 1 , tais como: turbina hidráulica de fluxo cruzado 10; circuito hidráulico fechado 40 de fornecimento de fluxo de água pressurizado “A”; os meios de fornecimento do fluxo de água pressurizado “B”, oposto ao fluxo “A”; o gerador elétrico 50; circuito inversor de tensão 60; gabinete estrutural 70; estrutura 80; e outros, dentro das concepções básicas acima descritas, podem apresentar variações de construção e de posicionamento uns em relação aos outros para melhor adequar o sistema 1 , a diferentes condições de instalação, sem que isso seja entendido com fuga do âmbito de proteção solicitado no presente pedido de patente.

[038] O sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, arranjado na forma de sistema de geração de energia hidroelétrica renovável doméstico 1 , conforme ilustrado nas figuras 6 a 8, destina- se a alimentar um circuito elétrico 260 de alimentação de pontos de consumo doméstico, como sejam; iluminação, tomada, interruptores e outros e é compreendido essencialmente, por dispositivo 200-210 de pequeno porte formado: por turbina 200 e gerador 210 incorporados diretamente um no outro (fig. 6) e de tipo que gera tensão de 3KW ou 5KW.

[039] A turbina hidráulica 200 e o gerador 210 considerados isoladamente são compreendidos pelos componentes usuais. Assim, a turbina 200 é formada, essencialmente: por rotor, carcaça, entrada e saída de fluxo hidráulico, tomada de saída de força mecânica. O gerador 210 é formado, essencialmente: por rotor, acoplado na saída de força da turbina, estator, carcaça e circuito elétrico de saída associado.

[040] O sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, doméstico 1 , conforme ilustrado na figura 7, é formado com base no dispositivo 200-210 acima descrito, ilustrado na figura 6; dito sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, doméstico 1 , é compreendido: por referido dispositivo 200-210; por circuito hidráulico fechado 220 que alimenta a turbina 200, formado: por caixa d’água 221 e por bomba pressurizadora 222 que alimentam um fluxo de água pressurizado “A”’ na turbina 200; e por tubulação de retorno 223 ligada na saída da turbina 200 e em entrada da caixa d’água 221 ; por circuito inversor de tensão 230 com entrada ligada na saída do gerador 210 e saída ligada na bomba de pressurização 222 e em circuito elétrico 260 de alimentação de pontos de consumo de energia elétrica, tais como: pontos de luz, tomadas, interruptores e outros de um ambiente doméstico (residência, escritório).

[041] O sistema de geração de energia hidroelétrica renovável doméstico 1 , formado pelo dispositivo 200-210, bomba pressurizadora 222, circuito inversor de tensão 230 pode ser alojado, ao nível de fábrica, em gabinete estrutural 240 (fig. 8), dotado de terminais de conexão hidráulico e elétrico externos de modo a constituir uma unidade compacta selada, que pode ser conectada em circuitos hidráulico e elétrico do local da instalação, gabinete estrutural 240 esse que pode ser compostos também por estrutura anexa 250 que contém a caixa d’água 221 , ligada em circuito fechado com a turbina 200 do dispositivo 200-210 contendo assim todo o sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, doméstico 1 . O presente sistema de geração de energia hidroelétrica renovável, doméstico 1 pode também ser associado a meios de armazenamento de energia, como banco de baterias e a circuito de alimentação do excedente gerado na rede pública, que contém um medidor bidirecional.

[042] Assim, quando em funcionamento, a caixa d’água 221 e a bomba pressurizadora 222 alimentam, em circuito fechado, a entrada da túrbida 200 do dispositivo 200-210 com um fluxo de água “A” pressurizado, o qual, após girar a turbina 200, é realimentado na caixa d’água 221 através da linha de retorno 223. Dito fluxo de água pressurizado “A” gira o gerador 210 que, via o circuito 230, alimenta a bomba pressurizadora 222 e o circuito 260 de alimentação dos pontos de consumo, como tomadas, pontos de iluminação, tomadas interruptores e outros de uma instalação doméstica (residência, escritório e outros).

[043] O gerador elétrico 300, com relação de capacidade de geração e volume físico adequados ao presente sistema de geração de energia hidroelétrica, conforme ilustrado nas figuras 9 a 15 é compreendido pelos componentes usuais (fig. 9): rotor 301 formado por miolo 302, eixo 303 e imãs 304; estator (bobina) 305 formado por espiras; carcaça 306 que aloja e tem montados o rotor 301 e estator 305 e para fora da qual se prolonga uma das extremidades do eixo 303, constitutiva da tomada de força mecânica; por circuito elétrico associado 307 de coleta da energia elétrica gerada e de ligação a um equipamento a ser alimentado com energia elétrica e outros.

[044] Na presente invenção, em uma possibilidade de realização (figs. 10, 1 1 ), o rotor 301 é dotado de imãs 304 e o estator (bobina) 305 dotado de espiras; ditos imãs e espiras em disposições e quantidades selecionadas para que o gerador 300 tenha capacidade de geração de 3KW e que seja alojado e montado em carcaça 306 com comprimento “x” de 272mm x diâmetro “y” de 165mm x medida “z” do diâmetro + caixa de ligação de 179mm.

[045] Em outra possibilidade de realização (figs. 12, 13) o gerador 300 tem rotor 301 dotado de imãs 304 e o estator (bobina) 305 dotado de espiras, ditos imãs e espiras em disposições e quantidades selecionadas para que o gerador 300 possa ser de tipo com capacidade de geração de 5KW ou 10KW e que seja alojado e montado em carcaça 306 com comprimento “x” de 326mm x diâmetro “y” de 186mm x medida “z” do diâmetro + caixa de ligação de 242mm.

[046] Em outra possibilidade de realização (figs. 14, 15) gerador 300 tem o rotor 301 dotado de imãs 304 e o estator (bobina) 305 dotado de espiras; ditos imãs e espiras em disposições e quantidades selecionadas para que o gerador 300 tenha capacidade de geração de 20KW e que seja alojado e montado em carcaça 306 com comprimento “x” de 362mm x diâmetro “y” de 213mm x medida “z” do diâmetro + caixa de ligação de 278mm.