Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
WAVE GENERATION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/081611
Kind Code:
A1
Abstract:
The device moves a tilting plate that induces the displacement of water causing the formation of waves, resulting in low consumption and energy recovery, and the generation of different wave sizes, and can be adapted to any shape and dimension of swimming pool. The device comprises at least one actuation module formed by a tilting plate that acts on a pressure basin. The tilting plate is provided with a bearing, being articulated by means of a flywheel that is connected to a flywheel driven by an electric motor, the shaft of the flywheel being connected by bearings to a support. The actuation module can have a reduction gear mounted on the electric motor, the output shaft of which has a pinion that couples to the ring gear.

Inventors:
MAS GERMÁN RODOLFO (BR)
Application Number:
PCT/BR2020/050440
Publication Date:
May 06, 2021
Filing Date:
October 27, 2020
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MAS GERMAN RODOLFO (BR)
International Classes:
E04H4/12; F04D35/00
Foreign References:
US4976570A1990-12-11
US4062192A1977-12-13
US0490484A1893-01-24
US20120255112A12012-10-11
US20150037098A12015-02-05
US3562823A1971-02-16
Attorney, Agent or Firm:
LEAO BARCELLOS, Milton Lucidio (BR)
Download PDF:
Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS instalado em uma piscina (2), caracterizado por ser composto de, pelo menos, um módulo de acionamento (3) que compreende uma placa basculante (5) que atua em uma bacia de pressão (4) da piscina (2), sendo a placa basculante (5) dotada de um mancai (5.1 ) e articulada através de volante (3.1 ) que é conectada em um volante (3.2) animado por um motor elétrico (3.6) e sendo o eixo (3.4) do volante (3.2) mancalizado em um suporte (3.3).

2. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por possuir o módulo de acionamento (3) um volante duplo (3.1 ’ e 3.1 ”) pivotante no volante (3.2’) para movimentação da placa basculante (5).

3. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por estarem os volantes duplos (3.1 ’ e 3.2”) vinculadas com a placa basculante (5) através de bielas menores (5.6) pivotantes nas extremidades dos volantes (3.1’ e 3.1”) e no mancai (5.5) da placa basculante (5) e batentes (5.7) das bielas menores (5.6) que estão fixados na placa basculante (5).

4. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por possuir o módulo de acionamento (3) uma placa basculante simétrica (5’) que possibilita a obtenção de um sistema bidirecional, permitindo gerar ondas em duas direções contrapostas de uma piscina (2) que aproveita o movimento de retrocesso da placa (5) que resulta em um balanceamento natural do sistema, sendo que utiliza um único mecanismo de acionamento com volante (3.2) e volante (3.1 ).

5. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por ser o volante (3.2) dotado de uma engrenagem coroa (3.5) onde se acopla uma engrenagem pinhão montada no eixo de um motor elétrico (3.6).

6. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por estar o motor elétrico (3.6) montado diretamente no eixo do volante (3.2).

7. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 6, caracterizado por possuir um redutor de velocidade (3.8) acoplado ao motor elétrico (3.6) que é associado a um inversor de frequência (3.7).

8. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado por possuir um acoplamento (3.9) entre o redutor de velocidade (3.8) e o eixo do volante (3.2).

9. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir a placa basculante (5) um contrapeso (5.2) com seu respectivo suporte (5.3), instalados na porção da placa basculante (5) mais afastada do mancai articulação (5.1 ).

10. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir a placa basculante (5) câmaras de ar (5.4 e/ou 5.4’)

11. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir o volante (3.1 ) um contrapeso (3.10).

12. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir o módulo de acionamento (3) um sistema de freio constituído por pinça flutuante com pastilhas (3.11 ) e disco de freio (3.12) para a detenção do movimento do volante (3.1 ) na posição desejada para cada ciclo de operação.

13. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por ser o freio do tipo regenerativo ou eletromagnético que pode também ser do tipo regenerativo.

14. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir o módulo de acionamento (3) pelo menos um volante de inércia (3.13) montado no eixo do volante (3.2). 15. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir o módulo de acionamento (3) uma embreagem (3.14).

16. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir o módulo de acionamento (3) uma plataforma móvel (3.15) que serve de base elevável, possibilitando alterar o curso de ação da placa basculante (5) dentro da água.

17. DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir um sistema de controle do acionamento de dois ou mais módulos de acionamento (3) que é constituído por:

• CLP’s escravos (62) dedicados a cada módulo (3) e que são comandados por um CLP mestre (61 ), sendo os CLP’s escravos (62) responsáveis pela aquisição de informações vindas dos sensores e envio de sinais para comando dos motores elétricos (3.6) de cada um dos módulos (3) e

• Sendo que os CLP’s escravos (62) recebem informações dos sensores:

- Sensor de nível do reservatório (63) que faz a coleta de dados do nível do reservatório da piscina de ondas, que preferencialmente são capacitivos;

- Sensor de rotação (64) que indica a posição da placa oscilante, se a mesma está descendo ou subindo e a rotação (RPM) do motor;

- Sensor de inclinação (65) que indica a inclinação da placa oscilante e a velocidade angular, sendo fundamental para que os módulos de acionamento trabalhem em sequência;

- Amperímetro (66) que mede a carga elétrica no sistema;

- Sensor Indutivo (67) que monitora os finais de curso dos mecanismos do módulo de acionamento.

Description:
DISPOSITIVO PARA GERAÇÃO DE ONDAS Setor tecnológico da invenção

[1] A presente invenção se refere a um dispositivo que movimenta angularmente uma placa basculante que provoca um deslocamento de água causando a formação de ondas, resultando em baixo consumo de energia elétrica, a geração de diferentes tamanhos de ondas e é adaptável em quaisquer formatos e dimensões de piscinas.

Estado da técnica

[2] A prática do surfe é incentivada e cultivada há diversas gerações. Contudo, para que a prática do esporte seja realizada, é visível as dificuldades enfrentadas pelos praticantes. Dentre esses inconvenientes podemos citar pelos menos três principais motivos: o deslocamento do surfista até a praia, a existência de áreas próprias para a prática do surfe nas praias e as condições do mar.

[3] O fato de o surfista residir em cidades sem praia e, portanto, sem ondas, impede que este realize com a frequência desejada a prática do esporte. Quanto à questão da existência de áreas próprias destinadas ao surfe, muitas praias apesar de possuírem ondas apresentam extensa área para banho. Esse fato deve ser atentado a fim de evitar potenciais acidentes envolvendo surfistas e banhistas. Por fim, as condições do mar devem ser estudadas, pois as mudanças climáticas interferem diretamente nas ondas (nesse caso ondas naturais). O processo natural de formação das ondas nos mares depende, dentre outros fatores, da topografia do fundo do mar, tamanho das ondas, deslocamento de água e ventos das regiões tanto litorâneas como marítimas. Tais fatores podem tornar-se, muitas vezes, as praias impróprias para a prática do surfe trazendo riscos fatais aos surfistas.

[4] A partir disso, é visivelmente crescente o desenvolvimento de sistemas com lagos e/ou reservatórios artificiais capazes de reproduzir ondas artificiais. Estes sistemas utilizam, em geral, máquinas capazes de gerar ondas através dos mesmos princípios observados na natureza. Dentre os princípios em questão, aquele que é mais utilizado é o de deslocamento da água. Uma vez que essas máquinas são instaladas nos reservatórios e/ou lagos artificiais desenvolvidos, é possível gerar ondas a partir do acionamento dos mecanismos.

[5] Geralmente, os reservatórios artificiais devem contar com um fundo irregular com diminuição da profundidade no sentido de deslocamento da onda e eventualmente no sentido lateral. De esta forma se consegue o chamado ressalto hidráulico ( pointbreak , beach break, reefbraké). Quando a onda passar por este ressalto as partículas da cristã possuirão uma velocidade no sentido de deslocamento maior ao das partículas do fundo, provocando o quebre da onda. Forma-se assim uma onda artificial a partir de princípios próximos ao da natureza. A onda gerada é totalmente propícia para a prática do surfe, atendendo os padrões de segurança aos surfistas.

[6] As máquinas geradoras são implementadas nos reservatórios e/ou lagos artificiais com o intuito de deslocar determinado volume de água em direção ao ressalto hidráulico, como seria a ação do vento no mar ou a corrente num rio. A partir de todo o processo realizado pela máquina o volume de água que sai da máquina se enfrenta com o ressalto hidráulico dando origem à formação da onda artificial.

[7] Existem ainda diferentes teorias físicas referentes a geração e propagação de ondas. Essas teorias que descrevem as ondas são aproximações à realidade. Estas teorias podem descrever de maneira adequada aqueles fenômenos cujas condiciones satisfazem as suposições feitas ao longo da sua obtenção. Da mesma forma, não podem descrever outros fenômenos que contradigam essas suposições. Ao adotar uma teoria, tem que certificar se que o fenômeno de interesse esteja descrito razoavelmente bem pela teoria adotada assim como da precisão dessas aproximações.

[8] Para garantir o uso adequado das distintas teorias de ondas se deve estabelecer um rango de validade para cada uma delas. As teorias não lineares, descrevem melhor o transporte de massa, a ruptura da onda, reflexão, transmissão de energia e outras características não lineares.

[9] Em 1974, o físico Jean Dean apresentou uma análise em que definia as regiões de validade das distintas teorias em função dos parâmetros H/T 2 e d/T 2 , onde T 2 é proporcional ao comprimento de onda. Já em 1976, o físico Le Méhauté apresentou uma análise ligeiramente diferente para ilustrar os limites aproximados de validade das várias teorias de ondas, incluindo as teorias de terceira e quarta ordem de Stokes. Tanto Le Méhauté quanto Jean Dean recomendam a teoria cnoidal para águas pouco profundas de baixa pendente, e as teorias de ordem superior de Stokes para águas profundas. A teoria linear se recomenda para pequenas pendentes H/T 2 e valores pequenos de Ur, onde Ur é o número de Ursell e se define como Ur=L 2* H/d 3 . Para ondas de pequena altura em águas profundas e de transição a teoria linear é adequada, pero nesta região se podem utilizar outras teorias. A teoria de Fenton, particularização da teoria da 5 ordem de Stokes, se ajusta para a maior parte do domínio, embora não seja observado no gráfico de Le Méhauté (Figura 1 ) por ser posterior à confecção do mesmo.

[10] Para valores conhecidos de H, d e T o gráfico de Le Méhauté (Figura2) se pode empregar como guia para selecionar a teoria apropriada.

[11] O valor do número de Ursell, Ur (as vezes chamado de número de Stokes), se pode utilizar para estabelecer os limites das regiões de uso de cada teoria.

[12] Cokelet [1977] y Williams [1981 ] estabeleceram os valores para as regiões de validação das teorias não lineares de ordens superiores (Figura3). Na mesma figura também se mostram as regiões donde são válidas as teorias de Stokes (ondas curtas), a teoria cnoidal e de ondas solitárias (ondas compridas). Também se pode observar o limite de ruptura para as ondas solitárias ( H =0.833) estabelecido por Williams e a limitação de altura (H ) determinada por Cokelet.

[13] O resultado de Williams é que, no limite de ondas curtas (águas profundas), a razão = 0.141063 é mostrada (a curva neste gráfico semi-logarítmico). O

A limite oposto, em que a maior onda solitária tem uma altura = 0.83322 é também mostrado. [14] Como as teorias não lineares descrevem melhor o transporte de massa, a ruptura da onda, reflexão, transmissão de energia, e a teoria linear se recomenda para pequenas pendentes H/T 2 e valores pequenos de Ur, com Ur«1 , fica claro que as teorias mais adequadas para o estudo de ondas em piscinas são as teorias não lineares. Dentro desta categoria existem duas que são as mais apropriadas. Elas são a Teoria Cnoidal e a Teoria de Onda Solitária (Figura 4).

[15] Na teoria Cnoidal se assume que o comprimento das ondas é muito superior à profundidade da perturbação ao fundo [Le Méhauté & Hanes, 1990], pelo que será aplicável a ondas de uma amplitude finita em águas rasas incluindo os efeitos da não linearidade e da dispersão [CEM, 2002]

[16] A validade da teoria cnoidal se dá para as seguintes relações:

• U R > 20

[17] A formulação cnoidal responde à equação 1 [Wiegel, 1960].

[18] Onde y s é a distância até a superfície da água medida desde o fundo, y t é a distancia entre o fundo do mar e a depressão da onda, H é a altura da onda medida desde a depressão à cristã da mesma, Cn é a função elíptica de tipo cosseno de Jacobi, K(k) é a integral elíptica completa de primeira espécie e k é o módulo das integrais elípticas (excentricidade da elipse).

[19] Uma onda solitária não é oscilatória nem apresenta um vale. No sentido mais puro, a forma de onda solitária se encontra totalmente por cima do nível da água em calma. A onda solitária é uma onda de translação porque as partículas de água se deslocam uma distância na direção de propagação da onda à medida que esta passa. [20] Uma onda solitária é uma onda que consiste no deslocamento da água sobre o nível médio da superfície. Esta onda tem sido utilizada (por Munk) como modelo de ondas na zona de surf. Também descreve o comportamento da primeira onda de um tsunami. A forma de onda de uma onda solitária vem dada em função da distância, x, e do tempo, t, pela equação 4; onde H é máximo valor da altura de onda (que ocorre em x=0 e t=0), C é a celeridade de onda (velocidade), sech é a secante hiperbólica e o parâmetro k se define na equação 5. y(x, t) = Hsech 2 (K(x — Ct )) (4)

[21] A onda solitária é um caso limite da onda cnoidal. Quando k 2 = 1, K(k) = K{ 1) = oo, e o cosseno elíptico se reduze à função de secante hiperbólica na superfície da água.

[22] O comprimento de uma onda solitária é teoricamente infinito. Porém, na prática, se observa que a elevação da superfície da água diminui rapidamente a zero com a distância x (equação 4). Assim, da mesma maneira que para outros tipos de ondas, podemos definir um comprimento de onda, L, de acordo com a equação 6.

[23] A uma distância x = L/2 da cristã da onda, o deslocamento da superfície da água se reduz a um 0,74% do seu valor máximo. A velocidade da onda solitária se corresponde com a equação 7.

C = V g(d + H) (7)

[24] Assim, um período de onda aparente poderia ser definido com a equação 8.

[25] As velocidades das partículas da água para uma onda solitária vêm representadas pelas equações 9 e 10 [Munk, 1949].

[26] Onde M e N são funções de H/d mostradas na Figuraõ, e "y"se mede desde o fundo. A velocidade máxima u max se produz em = 0 e t = 0, pelo que:

[27] Quando uma onda solitária se move em águas pouco profundas se faz instável e rompe. Uma onda solitária rompe quando a velocidade das partículas de água na superfície da cristã é igual à celeridade da onda [Miles, 1979]. Segundo Miles [1980] isto ocorre quando: 0.78 (12)

[28] A patente WO 2014043372A1 , intitulada como “SURFACE GRAVITY WAVE GENERATOR AND WAVE POOL”, é descrito um sistema de geração de ondas gravitacionais de superfície utilizando um corpo em forma de lâmina que se desloca sobre o piso que é totalmente submersa ao longo do comprimento da piscina para gerar ondas. Arrastar essa lâmina em toda a extensão da piscina implica um elevado custo energético. Por outro lado, o mecanismo de acionamento está sujeito a elevadas forças de atrito e demanda um elevado custo de manutenção. Tudo isso, somado à baixa frequência de geração das ondas, que torna o sistema pouco rentável.

[29] O documento US 6,920,651 , intitulado como “Surfing ring wave pool for generating multiple simultaneous endless traveling waves looping around a center island” descreve um sistema gerador de ondas para piscinas circulares. No documento em questão é utilizado um remo com movimento angular que é controlado por atuador e computador, movimentando a água ao seu redor para criar uma onda. Além disso, o fundo da piscina apresenta geometria própria para auxiliar na propagação e geração da onda. O remo possui a maior parte do seu comprimento submerso na água, o que gera um grande torque resistente que deve ser vencido pelo atuador. Por outro lado, o grande número de atuadores que demanda o sistema eleva em grande medida o custo de investimento e de operação. Com isso, esse processo de geração de ondas exige o movimento de um grande volume de água, exigindo um elevado esforço e velocidade dos atuadores, acarretando um grande consumo de energia para realizar o movimento em questão.

[30] O documento US 4,976,570, intitulado "Apparatus and method for generating waves in a body of wate descreve um sistema gerador de ondas para piscinas. Nesse documento é utilizado uma placa vertical e reta que é articulada na sua parte inferior e conectada a um atuador linear, também pivotado conectado a uma plataforma que sobressai da piscina. O atuador linear comunica movimento angular na placa que oscila desde a posição vertical e, com isso, gera as ondas com auxílio da geometria da piscina. A velocidade exigida ao atuador linear faz com que o custo do equipamento óleo hidráulico, entre os que se pode mencionar, principalmente bombas, reservatórios, válvulas e acumuladores, seja extremamente elevado. Como consequência disso, o sistema tem também um alto custo de operação e manutenção. Por outro lado, a utilização de motores hidráulicos aumenta o risco de contaminação da água da piscina.

[31] Um outro sistema é descrito no documento US 8,262,316 B2, intitulado “Surface gravity wave generator and wave poof’ que se refere- a um sistema gerador de ondas constituído por uma piscina, que pode ser linear, curvilínea, circular ou anular. O contorno da parte inferior inclui uma parede lateral, que pode ser uma parede interna lateral ou uma parede externa lateral. A parede lateral é adaptada para acomodar um gerador de onda, tal como uma folha de alumínio que e colocada verticalmente na parede lateral e que se move ao longo da mesma lateralmente. O gerador de ondas inclui uma ou mais lâminas. O deslocamento de essa lâmina em toda a extensão da piscina implica um elevado consumo energético. Por outro lado, o mecanismo de acionamento está sujeito a elevadas forças de atrito e demanda um elevado custo de manutenção. Tudo isso, somado à baixa frequência de geração das ondas, faz o sistema pouco rentável.

Novidade e Objetivo da Invenção

[32] É objeto da presente invenção um dispositivo gerador de ondas instalado em uma piscina que compreende, pelo menos, um módulo de acionamento, sendo que cada um dos módulos de acionamento do dispositivo gerador de ondas compreende uma placa basculante dotada de movimento angular e que é posicionada em uma bacia de pressão, executando um movimento alternado.

[33] O dispositivo gerador de ondas da presente invenção resulta nas seguintes vantagens em relação ao estado da técnica:

- Emprega uma placa basculante de movimento alternado que demanda baixo consumo energético;

- A placa basculante não gera atrito com a piscina aumentando a sua vida útil e contribuindo para a redução do consumo energético;

- É capaz de gerar diferentes tamanhos e formatos de ondas, de acordo com a sua disposição;

- O modo de acionamento da placa basculante demanda um baixo torque e um único meio de acionamento para cada um dos módulos do dispositivo gerador de ondas;

- Apresenta baixa velocidade de movimentação da placa basculante;

- Não possui atuadores hidráulicos, não oferecendo risco de contaminação da água da piscina;

- Gera deslocamento de um baixo volume de água;

- Resulta em baixo custo de operação e manutenção;

- Possui um freio regenerativo que recupera a energia despendida na frenagem para acúmulo em bateria ou conversão em energia elétrica que realimenta o sistema;

- Baixo consumo energético, pois emprega contrapeso que se vale da força da gravidade para auxiliar no movimento de imersão da placa basculante e câmaras de ar para intensificar o empuxo da água no movimento de emersão da placa basculante.

Relação das figuras

[34] No presente relatório descritivo os componentes das figuras não estão necessariamente em escala, tendo sido dado ênfase em exemplos ilustrativos dos aspectos da invenção, que podem estar representados de forma simplificada.

[35] A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico desse setor tecnológico, segue uma descrição clara e suficiente de cada uma das figuras apresentadas abaixo e em anexo: Figura 1 - mostra o gráfico de Le Méhauté;

Figura 2 - mostra o gráfico de Cokelet e Williams;

Figura 3 - mostra os tipos de ondas que cada teoria representa;

Figura 4 - representa o gráfico com intervalo ao longo do qual podem ocorrer as soluções periódicas;

Figura 5 - representa um gráfico com variação de M e N em função de H/d; Figura 6 - vista em perspectiva da piscina com o dispositivo gerador de ondas; Figura 7 - vista em perspectiva traseira do dispositivo gerador de ondas com a piscina parcialmente cortada;

Figura 8 - detalhe ampliado em vista em perspectiva do dispositivo gerador de ondas indicado pelo círculo A da figura 7;

Figura 9 - vista em perspectiva de um módulo de acionamento isolado;

Figura 10 - vista em perspectiva de uma forma preferencial do módulo de acionamento;

Figura 11 - vista em perspectiva de uma opção construtiva do módulo de acionamento;

Figura 12 - vista em perspectiva de outra opção construtiva do módulo de acionamento;

Figura 13 - vista em perspectiva de outra opção construtiva do módulo de acionamento; Figura 14 - vista lateral de uma opção construtiva da placa basculante;

Figura 15 - vista lateral de outra opção construtiva do módulo de acionamento; Figura 16 - vista em perspectiva de outra opção construtiva do módulo de acionamento;

Figura 17 - vista em perspectiva de outra opção construtiva do módulo de acionamento;

Figura 18 - vista lateral de outra opção construtiva do módulo de acionamento; Figura 19 - vista lateral da opção construtiva supra com a placa basculante em outra posição;

Figura 20 - vista lateral da cabeceira da piscina com o módulo de acionamento; Figura 21 - detalhe em vista lateral da placa basculante;

Figura 22 - perspectiva do dispositivo com volante duplo para movimentação da placa basculante;

Figura 23 - vista lateral do dispositivo com volante duplo;

Figura 24 - perspectiva de uma opção construtiva do dispositivo com volante duplo;

Figura 25 - vista lateral da opção construtiva do dispositivo com volante duplo; Figura 26 - vista do detalhe A da figura 25;

Figura 27 - vista lateral de outra opção construtiva do módulo de acionamento com placa basculante simétrica;

Figura 28 - perspectiva de uma piscina com o dispositivo gerador de ondas composto por módulos de acionamento com placa basculante simétrica;

Figura 29 - diagrama em blocos do sistema eletrónico de controle dos módulos de acionamento que integram um dispositivo gerador de ondas.

Descrição detalhada da invenção

[36] As figuras 1 a 5 referem-se aos gráficos que já foram descritos no trecho do estado da técnica.

[37] As figuras 6 e 7 ilustram o dispositivo gerador de ondas (1 ) que é instalado em uma piscina (2) e que compreende, pelo menos, um módulo de acionamento (3). [38] As figuras 8 e 9 detalham um módulo de acionamento (3) do dispositivo gerador de ondas (1) que compreende uma placa basculante (5) que atua em uma bacia de pressão (4). A placa basculante (5) é dotada de um mancai (5.1 ) sendo articulada através de um volante (3.1 ) que é conectada em um volante (3.2) animado por um motor elétrico (não ilustrado). Completa o módulo de acionamento (3) um suporte (3.3) que mancaliza um eixo (3.4) do volante (3.2).

[39] O funcionamento do módulo de acionamento (3) inicia pela rotação do motor elétrico que rotaciona o volante (3.2) gerando o movimento ascendente e descendente do volante (3.1 ) que arrasta a extremidade livre da placa basculante (5), cuja extremidade oposta possui um mancai (5.1 ) fixada na bacia de pressão

(4). Assim, a placa basculante (5) executa um movimento angular expulsando parcialmente o volume de água contido na bacia de pressão (4) e gerando a onda.

[40] A figura 10 detalha uma primeira opção construtiva do módulo de acionamento (3) que movimenta a placa basculante (5) através do volante (3.1 ) que é conectada no volante (3.2) que é dotado de uma engrenagem coroa (3.5) onde se acopla uma engrenagem pinhão montada no eixo de um motor elétrico

(3.6).

[41] Preferencialmente, para o controle do sentido de rotação, velocidade e torque do motor elétrico (3.6) pode ser empregado um inversor de frequência

(3.7) associado a um Controlador Lógico Programável (CLP - não representado).

[42] Mais preferencialmente, o módulo de acionamento (3) pode apresentar um redutor de velocidade (3.8) montado no motor elétrico (3.4), cujo eixo de saída possui uma engrenagem pinhão que se acopla na engrenagem coroa (3.5).

[43] Preferencialmente, o movimento angular da placa basculante (5) varia entre 0 Q e até um máximo de 60 Q em relação a bacia de pressão (4).

[44] A ação da gravidade auxilia no movimento de descida da placa basculante

(5) diminuindo a potência requerida do motor elétrico (3.6) compensando a resistência causada pelo atrito com a água e as forças de empuxo. Nesse momento o motor elétrico (3.6) aporta a energia necessária para chegar até o final de curso inferior. A partir desse momento, a força que o módulo de acionamento (3) exerce sobre a placa basculante (5) muda de direção, elevando- a até a posição de início do ciclo de geração da onda. Nessa segunda etapa o empuxo hidráulico ascendente (força de flutuação) ajuda a elevar a placa basculante (5) diminuindo novamente a força requerida do motor elétrico (3.6) para a restituição da placa basculante (5) para a posição inicial. Desta forma se consegue reduzir e equilibrar as forças necessárias para o funcionamento contínuo do dispositivo gerador de ondas (1 ).

[45] As figuras 11 e 12 detalham uma segunda opção construtiva do módulo de acionamento, cujo motor elétrico (3.4) pode estar montado diretamente no eixo do volante (3.2). Preferencialmente, pode ser disposto um redutor de velocidade (3.8) entre o eixo do motor elétrico (3.6) e o eixo do volante (3.2). Mais preferencialmente, pode ser disposto um acoplamento (3.9) entre o redutor de velocidade (3.8) e o eixo do volante (3.2). A figura 11 ilustra a montagem do motor elétrico (3.6) de forma coaxial ao eixo do volante (3.2). A figura 12 ilustra a montagem do motor elétrico (3.6) de forma perpendicular ao eixo do volante (3.2).

[46] Conforme ilustrado nas figuras 13 e 14, para auxiliar no movimento angular, a placa basculante (5) pode apresentar, alternativamente, um contrapeso (5.2) com seu respectivo suporte (5.3), instalados na porção da placa basculante (5) mais afastada do mancai articulação (5.1 ). O peso do contrapeso (5.2) auxilia e acelera o movimento de descida da placa basculante (5), diminuindo a potência requerida do motor elétrico, compensando a resistência causada pelo atrito com a água e as forças de empuxo. Esta característica resulta em um baixo consumo energético, visto que o contrapeso se vale da força da gravidade para auxiliar no movimento de imersão da placa basculante.

[47] Ainda é possível verificar nas figuras 13 e 14 que opcionalmente a placa basculante (5) pode apresentar câmaras de ar (5.4 e/ou 5.4’) que incrementa a força de restituição devido ao aumento do empuxo hidráulico, uma vez que a densidade do ar é menor que a densidade da água no entorno da placa basculante (5). Esta característica também conduz a uma redução do consumo energético, visto que as câmaras de ar intensificam o empuxo da água no movimento de emersão da placa basculante.

[48] O CLP (não representado) e o inversor de frequência (3.5) constituem a unidade de controle do módulo de acionamento (3). Com isso, a unidade de controle é capaz de obter informações do módulo de acionamento (3) e a partir daí atuar sobre as principais variáveis do sistema, como o posicionamento da placa basculante (5), velocidade, tempo de atuação da mesma, nível do reservatório, entre outras informações, possibilitando o controle total do sistema.

[49] Conforme observado na figura 15, o volante (3.1 ) alternativamente pode apresentar um contrapeso (3.10) que incrementa ainda mais a força aplicada no movimento de descida da placa basculante (5), compensando também a força de empuxo. Além disso, o contrapeso (3.10) pode ser utilizado para auxiliar no balanceamento do conjunto volante (3.2) e placa, ilustrado na figura 10.

[50] Em outra alternativa ilustrada na figura 16, o módulo de acionamento (3) pode possuir um sistema de freio, constituído por pinça flutuante com pastilhas (3.11 ) e disco de freio (3.12) para a detenção do movimento do volante (3.1 ) na posição desejada para cada ciclo de operação. Este freio pode ser do tipo regenerativo que transforma a energia cinética liberada durante a frenagem/travagem em energia elétrica, imediatamente utilizada ou armazenada até ser necessária. A energia gerada pode ser armazenada em um banco de baterias (sistema off grid) usando um controlador de carga ou direcionada para rede elétrica (on grid) através do inversor de frequência. Pode-se usar o mesmo motor elétrico que movimenta o volante como gerador elétrico, através da utilização do inversor de frequência. Também pode ser usado um gerador elétrico na outra extremidade do eixo que movimenta o volante. Em outra implementação o próprio motor elétrico (3.6) utilizado para o acionamento do sistema tem incorporado um sistema de freio eletromagnético que pode também ser do tipo regenerativo. [51] Conforme ilustrado na figura 17, em mais outra alternativa, o módulo de acionamento (3) pode compreender pelo menos um volante de inércia (3.13) montado no eixo do volante (3.2). Nessa opção construtiva o volante de inércia

(3.13) aporta ao módulo de acionamento (3) uma inércia adicional de modo que lhe permite armazenar energia. Este volante de inércia (3.13) continua sua movimentação por inércia quando cessar ou reduzir o movimento do motor elétrico (3.6), ou quando se incrementar o par resistente que tende a freá-lo. Desta forma, o volante de inércia (3.13) se opõe às desacelerações bruscas em um movimento rotativo, diminuindo o torque que deve ser fornecido pelo motor elétrico (3.6) para manter o movimento contínuo, conseguindo diminuir também as flutuações na velocidade angular. Assim, este volante de inércia (3.13) permite suavizar o fluxo de energia entre a fonte de potência e sua carga.

[52] Em ainda outra alternativa o módulo de acionamento (3) pode possuir uma embreagem (3.14) para permitir desacoplar o motor elétrico (3.6) e o volante de inércia (3.13) da carga constituída pelo volante (3.1 ), volante (3.2) e a placa basculante (5). Nesta alternativa, a embreagem (3.14) é instalada entre o volante de inércia (3.13) e o volante (3.2). Desta forma é possível, via CLP, mudar o tempo entre ondas consecutivas modificando o tempo de acoplamento e desacoplamento da embreagem (3.14). Em caso de ser utilizado embreagem

(3.14), a conexão pode ser por atrito, eletromagnética ou mecânica. Em outra implementação, a embreagem (3.14) pode ser um conjunto combinado freio- embreagem eletromagnética. Desta forma, um único componente desempenha ambas as funções.

[53] Conforme ilustrado nas figuras 18 e 19, alternativamente o módulo de acionamento (3) pode possuir uma plataforma móvel (3.15) que serve de base elevável, possibilitando alterar o curso de ação da placa basculante (5) dentro da água. Este movimento vertical da plataforma móvel (3.15) é gerado a partir de um sistema pantográfico-parafuso sem fim com sistema de fixação de posicionamento. Com isso, o módulo de acionamento (3) tem a capacidade de gerar ondas de diferentes alturas. A figura 19 detalha a plataforma móvel (3.15) em posição expandida, posicionando o módulo de acionamento (3) em uma altura mais elevada, gerando ondas geradas com uma altura relativamente menor. Quando a plataforma móvel (3.15) estiver retraída, posicionando o módulo de acionamento (3) em uma altura menos elevada, as ondas geradas terão uma altura relativamente maior. Com isso, nota-se que a altura da onda depende, inversamente, da altura no qual o módulo de acionamento (3) está posicionado.

[54] As figuras 20 e 21 detalham a placa basculante (5) posicionada na bacia de pressão (4) que está em nível abaixo do fundo da piscina (2.1 ). A distância do ponto de fixação da volante (3.1 ) em relação ao mancai (5.1 ) da placa basculante (5) define o comprimento do braço de alavanca (L) que faz reduzir consideravelmente a força necessária para o acionamento, e consequentemente, a energia consumida pelo motor elétrico (não ilustrado) para o acionamento do dispositivo gerador de ondas. Essa relação é inversamente proporcional, ou seja, quanto mais afastado o ponto de fixação do volante (3.1) do mancai (5.1 ) da placa basculante (5) menor será o esforço necessário.

[55] Para um melhor aproveitamento da potência entregada pelo motor e/ou para reduzir a potência de acionamento necessária, se apresenta uma outra alternativa para o mecanismo de acionamento, conforme ilustrado nas figuras 22 e 23. Do mesmo modo que o sistema previamente apresentado, o dispositivo está baseado no uso de um volante duplo (3.1’ e 3.1”) pivotante no volante (3.2’) para movimentação da placa basculante (5). Os volantes encontram-se deslocadas em um ângulo W que pode variar entre 15° e 90°. Assim quando o primeiro volante (3.1’) se aproxima do ponto morto, com uma diminuição do torque aportado ao sistema, entra em ação o segundo volante (3.1”) que se encontra na posição de máximo torque. Os volantes (3.1’ e 3.2”) se vinculam com a placa basculante (5) através de um mancai (5.5).

[56] Alternativamente, conforme ilustrado nas figuras 24,25 e 26, os volantes duplos (3.1’ e 3.2”) podem se vincular com a placa basculante (5) através de volantes menores (5.6) pivotantes nas extremidades dos volantes (3.1’ e 3.1”) e no mancai (5.5) da placa basculante (5). Batentes (5.7) dos volantes menores (5.6) estão fixados na placa basculante (5). Ainda outra alternativa consiste na adoção de furos oblongos posicionados junto as extremidades dos volantes (3.1’ e 3.1”). Em cada uma dessas opções o objetivo é aproveitar a diferença na velocidade e deslocamento dos volantes para produzir o acoplamento de cada uma no momento indicado.

[57] Cada um dos módulos de acionamento (3) que integram o dispositivo gerador de ondas (1 ) pode possuir uma placa basculante simétrica (5’) conforme ilustrado na figura 27. Essa placa basculante simétrica (5’) possibilita a obtenção de um sistema bidirecional, permitindo gerar ondas em duas direções contrapostas de uma piscina (2), como ilustrado na figura 28, aproveitando o movimento de retrocesso da placa e permitindo um balanceamento natural do sistema. O sistema utiliza um único mecanismo de acionamento com volante (3.2) e volante (não ilustrado) por placa basculante simétrica (5’), similar ao descrito para a placa basculante unidirecional previamente apresentado. Assim surgem novas opções de geometrias de piscinas que permitem um maior aproveitamento da área ocupada e fundamentalmente da energia aportada ao sistema.

[58] A figura 29 ilustra o sistema de controle do acionamento de dois ou mais módulos de acionamento (3) que compõem o dispositivo gerador de ondas (1) que emprega Controladores Lógicos Programáveis - CLP’s (61 e 62), sensores e atuadores. A utilização de CLP’s é imprescindível e algumas variáveis devem ser monitoradas, pois através delas é possível a obtenção de diferentes configurações de ondas, devido a alteração na amplitude e comprimento de onda, além do nível do reservatório. Quando na piscina de ondas forem utilizados dois ou mais módulos de acionamentos (3), esse sistema se torna ainda mais importante, pois cada módulo deve trabalhar em sequência e em perfeito sincronismo. O acionamento em sequência dos módulos (3) também pode ser usado para conseguir diferentes tipos de ondas, por exemplo: onda quebrando para esquerda, onda quebrando para direita, onda quebrando das extremidades em direção ao centro e onda quebrando do centro em direção as extremidades.

[59] Os componentes que fazem parte do sistema de controle dos módulos (3) de acionamento são:

• CLP (Controlador Lógico Programável): É responsável pela aquisição de informações vinda dos sensores e envio do sinal para o(s) atuador(es). Essas comunicações podem utilizar qualquer protocolo de comunicação, desde que ele faça leitura simultânea dos sensores. Cada módulo de acionamento de ondas (3) deve possuir um CLP escravo (62), o qual é comandado pelo CLP mestre (61 ). Cada CLP possui um algoritmo de programação que é responsável pelo processamento de sinais tanto dos sensores (entradas), quanto dos atuadores (saídas).

• Atuador: É o motor elétrico (3.6) do módulo de acionamento (3) que integra o dispositivo gerador de ondas (1 ).

• Sensores: Enviam as informações necessárias para serem processadas pelo CLP. Os sensores utilizados nesse sistema são:

- Sensor de nível do reservatório (63) que faz a coleta de dados do nível do reservatório da piscina de ondas, que preferencialmente são capacitivos;

- Sensor de rotação (64) que indica a posição da placa oscilante, se a mesma está descendo ou subindo e a rotação (RPM) do motor;

- Sensor de inclinação (65) que indica a inclinação da placa oscilante e a velocidade angular, sendo fundamental para que os módulos de acionamento trabalhem em sequência;

- Amperímetro (66) que mede a carga elétrica no sistema;

- Sensor Indutivo (67) que monitora os finais de curso dos mecanismos do módulo de acionamento.

[60] O funcionamento do sistema se dá através da comunicação entre sensores (63 a 67) e CLP ' s (61 e 62) e entre CLP ' s (61 e 62) e atuadores (3.6). Ou seja, os sensores passam informações em tempo real para o(s) CLP ' s, o qual processa as informações através de seus algoritmos de programação e envia para o atuador. O circuito é considerado de “malha fechada”, pois a leituras de sinais dos sensores e os “ajustes” no atuador se dão em tempo real. Assim o sistema está frequentemente reposicionando o motor elétrico (3.6) de cada módulo gerador de ondas (3), de acordo com a posição que o CLP mestre (61 ) presume ser correta. Cada módulo (3) através de seu CLP escravo (62) envia informações para o CLP mestre (61), o qual irá controlar a sequência de acionamento dos mesmos.

[61] Destaca-se que o dispositivo gerador de ondas da presente invenção conduz a um baixo consumo e recuperação energética pelos seguintes motivos:

- emprega freio regenerativo que transforma a energia cinética liberada durante a frenagem do volante em energia elétrica imediatamente utilizada ou acumulada até ser necessária;

- o motor elétrico incorpora um sistema de freio eletromagnético que pode também ser do tipo regenerativo;

- o contrapeso da placa basculante se vale da força da gravidade para auxiliar no movimento de imersão da placa basculante;

- as câmaras da placa basculante intensificam o empuxo da água no movimento de emersão da placa basculante.

[62] Salienta-se que as figuras e descrição apresentadas não possuem o intuito de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não limitativa, podendo existir outras formas equivalentes ou análogas de implementação que devem ser consideradas dentro do escopo da presente invenção.

[63] O presente relatório descritivo trata de inventivo dispositivo gerador de ondas a partir de movimento angular de uma placa basculante que resulta em efeito técnico novo em relação ao estado da técnica, comprovando assim a sua novidade, atividade inventiva, suficiência descritiva e aplicação industrial, atendendo a todos os requisitos essenciais para a concessão de uma patente de invenção.