PT1581741E - Sistema para o aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia das ondas do mar - Google Patents

Description

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Descrição "Sistema para o aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia das ondas do mar" A presente invenção refere-se a um sistema para o aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia das ondas do mar.

Antecedentes da invenção São conhecidos na técnica os sistemas para gerar energia das ondas do mar baseados na utilização das forças flutuantes que actuam num corpo flutuante ancorado ou preso com balastro no leito do mar. A viagem de trabalho que o corpo flutuante efectua sob a acção das forças flutuantes é utilizada para obter energia.

Tais sistemas simples que aproveitam energia por flutuação apresentam contudo a desvantagem de a viagem utilizada para aproveitar a energia reduzir proporcionalmente o trajecto devotado a executar trabalho. A capacidade dos geradores flutuantes é por isso limitada sempre pelas dimensões do corpo flutuante, altura da onda e frequência da onda por minuto.

Os sistemas de aproveitamento de energia que utilizam as forças flutuantes são limpas e simples, mas sistemas pouco competitivos, se as dimensões necessárias e o baixo aproveitamento de energia forem tidos em conta. Estas são técnicas que necessitam de um aumento substancial do 2 aproveitamento da energia e conversão se a instalação tiver que ser rentável.

Também são conhecidos sistemas tais como aqueles descritos acima que compreendem pelo menos um corpo flutuante com balastro ou ancorado no leito do mar, e meios para conversão do movimento vertical do corpo flutuante em energia pneumática, eléctrica ou hidráulica. 0 documento US 4 603 551 descreve um conversor de energia de ondas para aproveitamento das forças flutuantes das ondas progressivas de acordo com o estado da técnica.

Tais sistemas contudo apresentam a desvantagem de aproveitarem e transformarem somente parte das forças naturais contidas nas ondas, nomeadamente as forças devido ao impulso, também denominadas forças flutuantes.

Também são conhecidos sistemas para gerar energia das ondas do mar que, em vez das forças flutuantes, tiram vantagem das forças naturais produzidas pelas alterações da coluna de água provocadas pelas ondas do mar. Tais sistemas apresentam contudo novamente as desvantagens de somente parcialmente aproveitarem a energia contida nas ondas do mar. Não são conhecidos os sistemas para gerar energia das ondas do mar que tiram vantagem de ambas as forças de flutuação e forças naturais produzidas pelas alterações da coluna de água ocasionadas pelas ondas do mar. 3

Descrição da invenção 0 objectivo da presente invenção é o de resolver as desvantagens mencionadas desenvolvendo um sistema para o aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia das ondas do mar que, adicionalmente a utilizar as forças de flutuação, utiliza também as forças produzidas por alterações na coluna de água ocasionadas pelas ondas do mar.

De acordo com este objectivo, o sistema da presente invenção é caracterizado por compreender uma estrutura de guias verticais ao longo da qual o referido corpo flutuante central se move, um tanque de ar cativo imergido aberto na sua base inferior, retido pelo referido corpo flutuante e também móvel ao longo da referida estrutura de guias verticais, meios para transmitir o movimento do referido corpo flutuante para o referido tanque imergido, com o corpo e o tanque de tal modo proporcionados que o movimento do tanque imergido é contrário àquele do corpo flutuante, sendo o movimento do corpo flutuante central e do tanque imergido transmitido através de meios de transmissão do movimento para os referidos meios de conversão do movimento em energia pneumática, eléctrica ou hidráulica.

Devido a estas características, o sistema apresenta uma elevada eficiência de aproveitamento de energia dado que consegue a baixo custo aproveitar a maioria da energia presente numa fonte renovável de energia tal como a energia 4 contida nas ondas do mar. É um sistema que permite o aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia. O aproveitamento múltiplo de energia é devido ao impulso das próprias ondas e pressões da coluna de água no ar cativo do tanque imergido. A conversão complementar de energia é devida à acção complementar exercida dentro do corpo flutuante central e o tanque imergido.

De acordo com a invenção, o sistema compreende pelo menos um corpo flutuante periférico que apresenta uma densidade de 0,5 g/cc, fixado à referida estrutura de guias verticais que compensa a massa e variações de impulso exercidas pela operação oscilante do sistema. De preferência, o referido pelo menos um corpo flutuante periférico apresenta uma forma anular que rodeia a estrutura das guias verticais.

Devido ao referido corpo flutuante periférico, pode ser alcançada uma posição vertical da estrutura das guias que não se encontra relacionada a e não é afectada pelo movimento das ondas e pode optimamente e eficientemente tirar vantagem de ambas as forças de flutuação do corpo flutuante central e das forças produzidas pelas variações de pressão devido a alterações da coluna de água no ar cativo no tanque imergido.

De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, o referido corpo flutuante central compreende de preferência um receptáculo com ar sob pressão, pelo menos um accionador pneumático montado no interior do referido receptáculo, com o compartimento superior do referido 5 accionador ligado ao tanque imergido, e compartimento inferior, que se encontra aberto na sua base e exposto ao ar sob pressão do referido receptáculo. O pelo menos um accionador pneumático é de preferência um cilindro.

Devido a esta característica, as pequenas variações da coluna de água que ocorrem praticamente do início da viagem ascendente ou descendente do corpo flutuante dão origem a uma troca de volumes de ar entre os compartimentos superiores dos accionadores pneumáticos ou cilindros e o tanque de ar imergido. Estas alterações de pressão e trocas do volume de ar geram forças que complementam as forças flutuantes e actuam com intensidade máxima de praticamente o início da viagem de trabalho do corpo flutuante.

De preferência, os referidos meios de transmissão do movimento compreendem um inversor de rotação, um multiplicador, um dispositivo de velocidade variável e um volante de inércia.

De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, os referidos meios de transmissão do movimento compreendem adicionalmente uma cremalheira que engrena em cada um dos seus lados em duas rodas dentadas que transmitem o movimento do corpo flutuante para o referido inversor de rotação.

Vantajosamente, a haste do pistão do referido pelo menos um cilindro pneumático compreende meios para accionar uma 6 plataforma móvel localizada no receptáculo superior do corpo flutuante central e atravessada pela cremalheira, com as rodas dentadas montadas rotativas na plataforma.

Devido a essas características, as forças geradas com troca dos volumes de ar entre os compartimentos superiores dos cilindros e o tanque imergido, são utilizadas pelos próprios cilindros centrais do corpo flutuante para accionar a plataforma móvel atravessada pela cremalheira. 0 accionamento da plataforma é traduzido numa alteração do ponto de transmissão e, por isso, numa extensão do curso da viagem de trabalho do corpo flutuante central de modo que a conversão de energia do sistema é deste modo complementada.

De preferência, os referidos meios para conversão do movimento em energia compreendem pelo menos um gerador eléctrico, uma bomba pneumática ou uma bomba hidráulica.

De preferência, também, o sistema compreende tubos telescópios que acolhem pelo menos os meios de transmissão do movimento do corpo flutuante para o tanque imergido e a cremalheira.

Devido a estes tubos telescópicos, os artigos descritos acolhidos no interior dos mesmos encontram-se protegidos contra a acção directa da água do mar.

De acordo com a invenção, o sistema compreende vários módulos, apresentando cada um, um corpo flutuante central e um tanque de ar cativo imergido, fixado ao corpo flutuante central. 7 O desenho modular permite a construção de bancos de unidades flutuantes ou módulos.

De preferência, cada um dos referidos bancos compreende uma estrutura que liga uns aos outros nas extremidades do topo as estruturas guias verticais dos vários módulos formando assim o banco. Vantajosamente, a referida estrutura superior compreende compartimentos modulares estanques à água que compreendem, para cada módulo, os elementos de transmissão que por sua vez compreendem as rodas dentadas e o inversor de rotação. Também de preferência, a cremalheira de cada um dos referidos módulos encontra-se fixada à plataforma de cada corpo flutuante central do módulo, apresentando um comprimento suficiente para engrenar as rodas dentadas localizadas no compartimento estanque à água correspondente da referida estrutura superior da matriz. Vantajosamente, cada um dos bancos compreende um balastro comum a todos os módulos, uma única corrente de balastro ou cabo ligado a uma amarração rotativa localizada no referido balastro e num único cabo de transmissão para levar a energia para a terra seca.

Devido a estas características descritas da concepção modular, a estrutura superior de cada um dos bancos pode apresentar um veio de transmissão comum que acolhe as forças aproveitadas por cada unidade flutuante ou módulo de banco. Este veio comum transmite as forças aproveitadas para um multiplicador, um dispositivo de velocidade variável, um 8 volante de inércia e, finalmente, para uma única peça de equipamentos de conversão de energia, com todos esses meios de transmissão e equipamentos encontrando-se localizados na estrutura superior do banco.

De acordo com uma forma de realização preferida, o referido corpo flutuante central apresenta uma cavidade que contém ar cativo no interior da mesma.

Devido ao facto de o corpo flutuante central apresentar uma cavidade para o ar cativo no interior do mesmo, qualquer movimento vertical produz uma alteração do volume de ar. Esta alteração é traduzida em forças que são adicionadas às forças de aproveitamento e libertação do impulso das ondas das massas, e alterações de direcção, conduzido deste modo a um aumento na viagem de trabalho efectuada pelo referido corpo flutuante central. Além disso, as forças que dão origem à alteração do volume do referido ar cativo, ao actuarem numa direcção oposta ao impulso ou peso do tanque imergido, apoiam na alteração da direcção do corpo flutuante central nas extremidades dos cursos das viagens das ondas.

De acordo com outra forma de realização preferida da invenção, o sistema compreende adicionalmente vários corpos flutuantes periféricos, fixados ao referido corpo flutuante central por meio de estruturas de fixação basculantes. A presença destes corpos flutuantes periféricos aumenta a conversão complementar da energia do sistema, devido à 9 acção complementar exercida entre o corpo flutuante central e os corpos flutuantes periféricos.

Vantajosamente, os referidos meios para converter o movimento em energia compreendem adicionalmente vários cilindros pneumáticos accionados pelas referidas estruturas de fixação oscilantes.

De preferência, os referidos corpos flutuantes periféricos compreendem cada um dois cilindros pneumáticos periféricos que comprimem o ar de um dos cilindros do corpo flutuante central, compreendendo a estrutura basculante de cada um dos cilindros do corpo flutuante uma barra articulada numa extremidade na haste do referido cilindro e na outra extremidade numa alavanca cujas extremidades se encontram por sua vez articuladas nas extremidades das hastes do cilindro pneumático periférico, com a distância entre os dois pontos de articulação na referida barra sendo essencialmente a mesma que a distância entre a cristã e o ponto mínimo de uma onda.

Vantajosamente, um dos dois cilindros pneumáticos periféricos comprime o ar do outro cilindro pneumático periférico.

Vantajosamente, cada um dos cilindros pneumáticos do corpo flutuante central e os dois cilindros pneumáticos periféricos correspondentes constituem bombas pneumáticas lineares de três andares. 10

De preferência, o ar comprimido produzido pelos sistemas é armazenado nos compartimentos de cada um dos referidos corpos flutuantes periféricos.

Alternativamente, o sistema compreende adicionalmente várias membranas de osmose inversa para converter directamente a energia hidráulica obtida em água dessalinizada.

Breve descrição dos desenhos

Para um melhor entendimento de tudo o que foi explicado, encontram-se anexos alguns desenhos os quais, esquematicamente e somente através de um exemplo não restritivo, apresentam dois casos práticos de formas de realização.

As figuras representam:

Figura 1 vista do corte em elevação de uma primeira forma de realização preferida do sistema da invenção, na posição de mar calmo. A figura la é um pormenor dos corpos flutuantes desse corte.

Figura 2 vista do corte em elevação da primeira forma de realização preferida do sistema da invenção, na posição da cristã da onda.

Figura 3 vista do corte em elevação da primeira forma de realização preferida do sistema da invenção, na posição do ponto mínimo da onda. 11

Figura 4 vista esquemática de uma secção transversal da parte superior da primeira forma de realização preferida do sistema da invenção.

Figura 5 vista do corte em elevação de uma segunda forma de realização preferida do sistema da invenção.

Figura 6 vista do corte em elevação apresentando uma parte da segunda forma de realização preferida do sistema de invenção, na posição do ponto mínimo da onda. Figura 7 vista do corte em elevação apresentando uma parte da segunda forma de realização preferida do sistema da invenção, na posição de mar calmo.

Figura 7a pormenor do corpo flutuante central deste corte. Figura 8 vista do corte em elevação, mostrando uma parte da segunda forma de realização preferida do sistema da invenção, na posição da posição mínima da onda. Figura 9 vista esquemática apresentando os meios de transmissão mecânica e os meios de conversão de energia da segunda forma de realização preferida do sistema da invenção, proporcionados na plataforma móvel do receptáculo superior estanque à água à água do corpo flutuante.

Descrição das duas formas de realização preferidas As figuras 1, la, 2, 3 e 4 da presente invenção apresentam uma primeira forma de realização prática do sistema para aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia de ondas do mar, que compreende um corpo flutuante 12 central 1, três corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c fixados ao referido corpo flutuante 1, e um tanque imergido 4 para o ar cativo 5, também fixado ao referido corpo flutuante central 1 e aberto na sua parte inferior para permitir a entrada de água do mar 6. O corpo flutuante central 1 é feito de anel cilíndrico parcialmente integrado em outro corpo hemisférico de tal modo, que ambos os corpos formam uma cavidade que contém ar cativo 7 e água do mar 6 dentro da mesma. 0 interior desta cavidade acolhe um corpo oval e estanque à água 8, parcialmente integrado no corpo hemisférico. O corpo oval estanque à água 8 apresenta dentro do mesmo, entre outros componentes, um mecanismo inversor de rotação 9 que compreende duas rodas lisas ou dentadas que engrenam duas correias, correntes ou cabos 11 fixados por sua vez às roldanas 10 e retém o tanque imergido 4 na sua extremidade oposta. Ambos o corpo flutuante central 1 e o tanque imergido 4 movem-se verticalmente ao longo de uma estrutura rectangular 12 feita de aço tubular, carbono ou fibra de vidro. Ambos os corpos encontram-se dinamicamente ligados através das correias, correntes ou cabos 11 e roldanas 10. A base superior da estrutura rectangular 12 apresenta um sinal acústico e óptico, encontram-se a estrutura ancorada na sua parte inferior a estruturas de betão armado 13 colocadas no leito do mar. A referida estrutura de guias verticais 12 13 mantém o corpo flutuante central 1 e o tanque imergido 4 alinhado de modo a evitar movimentos laterais. A estrutura rectangular 12 encontra-se ancorada na estrutura de betão armado 13 colocada no leito do mar por meio das correntes 14 e roldanas 15 que constituem um sistema de ancoragem duplo que irá actuar somente sob condições extremas de mar, permitindo que o sistema suporte ondas superiores a 14 m de altura.

Os três corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c encontram-se fixados ao corpo flutuante central 1 através de uma estrutura basculante 16 feita de aço. A distância entre o centro do flutuador central 1 e a extremidade da estrutura basculante 16, fixada aos flutuadores periféricos 2a, 2b, 2c, coincide com a distância nominal entre os pontos minimos e cristãs das ondas num dado ponto do mar. O corpo flutuante central 1 apresenta três cilindros pneumáticos 17a, 17b, 17c para a produção de ar comprimido, incluindo uma entrada de ar 18 à pressão atmosférica. Cada um destes cilindros encontra-se fixado a um corpo flutuante periférico 2a, 2b, 2c por meio da estrutura basculante 16.

Esta estrutura 16 compreende uma barra 19 articulada numa extremidade na haste de um cilindro pneumático 17 do corpo central 1, e na outra extremidade numa alavanca 20, cujas extremidades se encontram por sua vez articuladas nas extremidades das hastes de dois cilindros pneumáticos periféricos com 21a, 21b. Estes cilindros pneumáticos 14 periféricos 21a, 21b encontram-se montados no interior de cada um dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c.

Os cilindros, ambos do corpo flutuante central 1 e dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c, são accionados através das estruturas basculantes 16 que transmitem o movimento cilíndrico que estes corpos fazem sob a acção das ondas do mar.

Os cilindros pneumáticos periféricos 21a, 21b comprimem o ar sob pressão que vem através da conduta 22 do respectivo cilindro 17, localizado no corpo hemisférico do flutuador central 1. Os cilindros do corpo flutuante central e dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c constituem uma bomba pneumática linear de três andares que converte a energia aproveitada em ar pressurizado que é armazenado nos próprios corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c. 0 corpo flutuante central 1 apresenta também, no interior do seu corpo oval estanque à água 8, uma bomba rotativa pneumática de três andares 23. Esta bomba 23 é accionada por um mecanismo inversor de rotação 9 através de um volante de inércia 24 e um dispositivo de velocidade variável que, juntamente com as roldanas 10 e correras, correntes ou cabos 11, transmite o movimento vertical cíclico feito pelo corpo flutuante central 1 e tanque imergido 4 devido à acção das ondas do mar. O ar comprimido através da bomba rotativa pneumática 23 é também armazenado, através da conduta 25, nos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c. 15 O ar pressurizado acumulado nos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c é levado para terra ou para uma estrutura fixa através das condutas 25 que transportam o ar pressurizado para um tanque acumulador de ar comprimido situado na zona costeira. O sistema da invenção para a geração de energia a partir das ondas do mar é um sistema para aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia. 0 aproveitamento múltiplo é devido ao aproveitamento dos próprios impulsos das ondas e das pressões da coluna de água no ar cativo no tanque imergido 4 e corpo flutuante 1. A conversão de energia complementada é devida à acção complementar que é exercida: - entre o corpo flutuante central 1 e o tanque imerso 4; - entre o corpo flutuante central 1 e os corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c; - no próprio corpo flutuante central 1, devido ao ar cativo 7 que o corpo contém. A acção complementar entre o corpo flutuante central 1 e o tanque imergido 4 surge de alterações na pressão do ar cativo 5 que o tanque contém, devido às alterações que a coluna de água é sujeita.

Tal como as figuras 1, 2 e 3 apresentam, o corpo flutuante central 1, quando se move accionado pela energia das ondas do mar, transmite este movimento para o tanque imergido 4 através das roldanas 10 e correias, correntes ou 16 cabos 11. 0 tanque imergido 4 move-se na direcção inversa ao movimento do corpo flutuante central 1, de modo que quando o corpo flutuante central 1 é accionado para cima pelas ondas, o tanque imergido 4 move-se para baixo, afastando-se da superfície. A viagem executada pelo tanque imergido 4 é a mesma daquela do corpo flutuante central 1, embora deva ser acentuando que a coluna de água que o tanque ganha sob o impulso da onda é sempre o dobro da viagem efectuada pelo corpo flutuante 1.

Conforme o tanque imergido 4 se move afastando-se da superfície e a coluna de água provocada aumenta, a água 6 entra no tanque 4, que ganha peso e comprime o ar cativo 5 contido no interior do mesmo. Quando o impulso das ondas no corpo flutuante central 1 diminui, o ar cativo 5 tende a expandir, de modo que a água 6 emerge do tanque imergido 4 e o tanque 4 se move para mais próximo da superfície, ganhando impulso. A expansão e contracção do ar cativo 5 no tanque imergido 4, produzida pelas alterações no volume de ar 5 devido à coluna de água maior ou menor provocada pelo tanque 4 conforme se move, dão origem a forças (peso do tanque e impulso do tanque), que são transmitidas para o corpo flutuante central 1 através das roldanas 10 e as correias, correntes ou cabos 11. Estas forças são adicionadas ao impulso ou peso do corpo flutuante central 1 devido à acção das forças flutuantes, complementando os seus efeitos e 17 aumentando as forças aproveitadas e a eficiência do curso da viagem de trabalho.

Quando o corpo flutuante central 1 acolhe o pico da onda e inicia a viagem para cima, o tanque imergido 4 inicia a sua viagem para baixo com uma entrada de água 6 correspondente. O impulso de onda aumentado é acompanhado por um aumento de peso no tanque imergido 4, de modo que no fim da viagem, quando a força do impulso ou força flutuante da onda é mínima, o peso do tanque 4 no seu máximo neste ponto, actua então de tal modo que a força do impulso é complementada pelo peso do tanque 4. Por outro lado, quando o impulso da onda diminui e o corpo flutuante 1 inicia a sua viagem para baixo, o tanque imergido 4 inicia a sua viagem para cima acompanhado por uma saída de água 6 devido â expansão do ar cativo 5 comprimido. 0 impulso de onda reduzido é acompanhado pelo impulso aumentado do tanque imergido 4 (dado que a água 6 dentro do mesmo que sai para fora com a expansão do ar comprimido 5) , de modo que no fim desta viagem, quando a redução do impulso da onda é mínima, o impulso do tanque 4, no seu máximo neste ponto, então actua e esta força de impulso do corpo flutuante central 1 é deste modo complementada pelo impulso do tanque 4.

Em vez de interferirem um com o outro, ambos o corpo flutuante central 1 e o tanque imergido 4 impulsionam e complementam um ao outro no centro e nas extremidades do seu respectivo curso de viagem vertical, com os impulsos ou 18 forças de flutuação do flutuador 1 sendo adicionados ao impulso adicional ou peso do tanque imergido 4. Isto permite um aproveitamento considerável da energia das ondas com 1,50 metros de altura, com frequências de oito a dez ondas por minuto.

Os impulsos e pesos do corpo flutuante 1 encontram-se na sua intensidade de flutuação máxima no centro dos cursos das viagens verticais ascendente e descendente das ondas, enquanto que o peso e impulso do tanque imergido 4 actuam na mesma direcção, mas com intensidade zero no centro (impulsos e peso compensados) e intensidade máxima nas extremidades. Existe por isso uma alternância das acções de flutuação entre o corpo flutuante 1 e o tanque imergido 4 que tende a manter a intensidade da força através da viagem das ondas. A acção complementar entre o corpo flutuante central 1 e os corpos flutuantes periféricos 2a, 2b e 2c têm a sua origem: - no sistema particular da estrutura basculante que liga os corpos flutuantes periféricos 2a, 2b e 2c ao corpo flutuante central 1; na massa inferior e inércia dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b e 2c em relação ao corpo flutuante 1 central; - na acção simultânea do impulso ou forças de flutuação e forças de gravidade geradas pelos próprios corpos 19 flutuantes periféricos 2a, 2b e 2c que, são transferidas para o corpo flutuante central 1 em cada curso vertical. A oscilação dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b e 2c foi proporcionada a uma distância do corpo flutuante 1 que é equivalente ao comprimento de onda das ondas, de tal modo que os efeitos dos impulsos de gravidade coincidem em ambos os corpos. O movimento vertical ao qual o corpo flutuante central 1 é sujeito devido às forças de impulso provocadas pelas ondas e as pressões, puxam os corpos flutuantes periféricos 2a, 2b e 2c na mesma direcção e modo. Devido à sua massa menor e inércia, menor contudo, estes corpos respondem primeiro ao impulso e gravidade em cada alteração de direcção. As estruturas de ligação de basculamento 16 que ligam os mesmos ao corpo flutuante central 1, transmitem deste modo o impulso resultante ou forças de flutuação para o respectivo cilindro 17 do corpo flutuante central 1, conduzindo o mesmo e produzindo ar comprimido a cada alteração da direcção ou viagem vertical.

Além disso, os corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c são sujeitos a um movimento oscilatório devido ao movimento ondulante do mar e às suas dimensões, que coincidem com o comprimento de onda das ondas do mar. As suas extremidades coincidem deste modo alternativamente com as cristãs e/ou pontos mínimos das ondas. 0 basculamento dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c nas barras 19 e alavanca 20 20 é transmitido horizontalmente para os dois cilindros 21a, 21b a cada corpo flutuante periférico 2a, 2b, 2c, cilindros esses que comprimem o ar comprimido do respectivo cilindro 17 do corpo flutuante central 1. Tal como explicado acima, os cilindros do corpo flutuante central 1 e dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c, constituem uma bomba pneumática linear de três andares que converte a energia aproveitada em ar pressurizado. Os cilindros de cada um dos corpos flutuantes periféricos 2a, 2b, 2c, encontram-se ligados por condutas de ligação 27.

De modo a duplicar a pressão de ar em cada andar, a área da superfície de cada cilindro foi reduzida para metade da anterior, permitindo deste modo que sejam mantidos tempos de admissão e compressão idênticos. Deste modo, a partir de uma pressão atmosférica ou 1 kg por cm2 na entrada do primeiro passo (cilindros 17a, 17b, 17c) e aplicando forças que ultrapassam os respectivos binários, a pressão aumenta para 2 kg/cm2 no segundo andar (cilindro 21a de cada um dos flutuadores periféricos) e para 4 kg/cm2 no terceiro e andar final (cilindro 21b de cada um dos flutuadores periféricos).

Uma outra acção complementar do sistema é aquela que tem origem no ar cativo 7 na cavidade do corpo flutuante 1. O ar cativo 7 na cavidade do corpo flutuante 1 encontra-se à pressão atmosférica na linha de flutuação ou linha de equilíbrio neutro do conjunto. Contudo, se se tiver em conta que a água do mar 6 entra na cavidade, será entendido que 21 qualquer movimento vertical do corpo flutuante 1 dá origem a uma alteração no volume de ar 7 que se traduz numa pressão na subida e uma depressão na descida, que actua na abóbada da cobertura interior do corpo flutuante central 1. O ar cativo 7 expande-se ou contrai-se na cavidade do corpo flutuante central 1 quando é aspirado (durante a descida) ou sujeito a pressão (durante a subida) pela água acolhida na própria cavidade. As forças originadas pelo ar cativo 7 são adicionadas às forças de aproveitamento e libertas do impulso e das massas, nas alterações de direcção, e por isso quer dizer um aumento na viagem de trabalho efectuada pelo corpo flutuante central 1. Além disso, as forças às quais o ar cativo 7 dá origem no corpo flutuante 1, actuando numa direcção oposta ao impulso ou peso do tanque imergido ajudam, no fim dos cursos das viagens, a ultrapassar e contrariar a força negativa do tanque imergido 4. Quer dizer, elas apoiam a alteração de direcção do corpo flutuante central 1.

As figuras 5 a 9 apresentam uma segunda forma de realização preferida do sistema da invenção que compreende um corpo flutuante central 1, um corpo flutuante periférico 28 na forma de um anel circular fixado à estrutura das guias verticais 12, e um tanque imergido 4 de ar cativo 5 em forma de anel, fixado ao referido corpo flutuante 1 e aberto na sua parte inferior para permitir a entrada de água do mar 6. O corpo flutuante central 1 é feito de dois receptáculos 29, 30 estanque à água, um receptáculo superior 29 em forma 22 de cone truncado e outro receptãculo inferior 30 de forma cilíndrica, que contém ar 31 a uma pressão predefinida. Ambos os receptáculos 29, 30 encontram-se atravessados por uma cremalheira 32 que se encontra fixa longitudinalmente à estrutura das guias verticais 12 por meio de cabos 33 e tensores 34. A cremalheira denteada 32 engrena em cada um dos seus lados em duas rodas dentadas 35 que convertem o movimento do corpo flutuante 1 a todo comprimento da referida cremalheira 32 num movimento rotativo de dois veios com um binário de trabalho particular. O tanque imergido 4 encontra-se dinamicamente fixado ao corpo flutuante 1 através das roldanas 10 e cabos de ligação ou correntes 11, de modo que ambos se movem verticalmente ao longo da estrutura das guias verticais 12, e numa direcção oposta um ao outro, sob o efeito da força das ondas. A cremalheira 32, com os cabos 33 e tensores 34 que seguram a mesma à estrutura 12, e juntamente com os cabos de ligação ou correntes 11 do corpo flutuante 1 e o tanque imergido 4, encontram-se proporcionados no interior de tubos telescópios 36 que protegem os mesmos da acção directa da água do mar. As roldanas 10, 15 do sistema encontram-se também encaixadas no interior de um corpo 37 para proteger os mesmos da acção da água do mar. O referido corpo 37 encontra-se montado numa placa de compensação localizada na base inferior da estrutura vertical 12 das guias, placa essa que actua como uma ancoragem dinâmica das forças de trabalho, 23 mantendo a posição da cremalheira 32 longitudinal em cada alteração de direcção. O corpo flutuante periférico 28 da forma de realização preferida descrita é um flutuador que apresenta uma densidade de 0,5 g/cc concebido para deslocar o peso da estrutura guia 12, assim como as forças surgidas para suportar pelo tanque imergido 4 e corpo flutuante central 1, na própria estrutura guia 12. É deste modo alcançada uma posição vertical fixa da estrutura guia 12 a qual é memorizada temporariamente de e sem ser afectada pelo movimento e impulsos das ondas, tirando vantagem optimamente e efectivamente de ambas as forças de flutuação que actuam no corpo flutuante central 1 e as forças produzidas pelas alterações da coluna de água no ar cativo 5 do tanque imergido 4. A estrutura do tanque imergido 4 é de preferência concebida com compartimentos de ar 3 9 cuja função é de compensar o peso da estrutura do próprio tanque imergido 4, de modo que a influência do peso da referida estrutura no sistema como um todo será nula. Esse sistema alcançou o resultado de as forças geradas pelo tanque imergido 4 serem transmitidas optimamente e efectivamente para o corpo flutuante central 1. O receptãculo 30 inferior estanque à água do corpo flutuante central 1 compreende quatro cilindros pneumáticos 40 que accionam uma plataforma móvel 41 situada no receptáculo superior 29 estanque à água do próprio corpo 24 flutuante 1. Os meios para transmitir o movimento do corpo flutuante 1 e os meios para converter o movimento em energia encontram-se montados nesta plataforma 41. A transmissão mecânica do movimento do corpo flutuante 1 para os meios conversores de energia é executada pelas quatro rodas dentadas 35 engrenadas na cremalheira 32 proporcionada longitudinalmente, que converte o movimento em linha recta do corpo flutuante 1 num movimento rotativo de dois veios. Este movimento rotativo é por sua vez transmitido para um inversor de rotação 42 com saída unidireccional que transmite o movimento de um único veio accionador e a força de trabalho para um multiplicador cuja saída é regulada por um dispositivo de velocidade variável 44 e transmitido para um volante de inércia 45. Na forma de realização preferida descrita, o movimento do veio de accionamento é finalmente transmitido para dois veios 46 que por sua vez accionam dois geradores de electricidade 47. Em outras formas de realização preferidas não apresentadas, contudo, o movimento do veio de accionamento pode ser utilizado para accionar um compressor de energia pneumática, equipamento de membranas de osmose inversa para a dessalinização de água do mar ou, por exemplo, equipamento de produção de hidrogénio.

Os meios de transmissão mecânica da energia descritos no parágrafo anterior são concebidos de modo que o sistema trabalha perfeitamente com ondas de 1,50 m a 4,50 m de altura e frequências entre 5,5 e 7 por minuto, obtendo neste âmbito 25 de trabalho uma velocidade de rotação do veio de accionamento entre 900 e 1500 rpm.

Os cilindros pneumáticos 40 localizados no receptáculo estanque à água inferior compreendem cada um, dois compartimentos 48, 49, um compartimento superior 48 e outro compartimento inferior 49, separados pelo pistão 50 do cilindro 40. O compartimento superior 48 encontra-se ligado ao tanque imergido 4 do ar cativo 5 através de tubos flexíveis 51, proporcionados nas rodas 52 com guias circulares que permitem aos mesmos serem enrolados e desenrolados. A pressão do ar 5 no compartimento superior 48 dos cilindros 40 é igual à pressão do ar cativo 5 no tanque imergido 4, dado que ambos os elementos se encontram ligados pelos tubos flexíveis 51. O compartimento inferior 49 dos cilindros 40 encontra-se aberto na sua base e encontra-se por isso sujeito à pressão do ar 31 contida nos espaços livres do receptáculo 30 estanque à água inferior do corpo flutuante 1.

Na posição de mar calmo, tal como apresentado na figura 7, a pressão do ar 31 contido nos espaços livres no receptáculo 30 inferior estanque à água é igual à pressão do ar 5 no tanque imergido. Nesta posição, a plataforma 41 encontra-se num ponto intermédio na sua viagem, encontram-se o pistão 50 de cada cilindro 40, que separa os dois compartimentos 48, 49 na sua posição intermédia, dado que a pressão de ar nos dois compartimentos 48, 49 é a mesma. 26

Na forma de realização preferida descrita, os cilindros pneumáticos 40 actuam como permutadores do volume de ar cativo 5 no tanque imergido 4, de modo que qualquer movimento vertical produz uma alteração no volume de ar 5 nos compartimentos superiores 48 dos cilindros 40 e tanque imergido 4. A conversão complementar de energia da forma de realização preferida apresentada nas figuras 6 a 9 é devida à acção complementar exercida: - entre o corpo flutuante central 1 e o tanque imergido 4; - no próprio corpo flutuante central 1, devido à acção dos cilindros pneumáticos 40 na plataforma accionável 41. A acção complementada entre o corpo flutuante central 1 e o tanque imergido 4 origina nas trocas do ar cativo 5 volume nos compartimentos superiores 48 dos cilindros pneumáticos 40 e no tanque imergido 4, devido às alterações da coluna de água 6 provocadas pelo tanque 4. A figura 6 apresenta como, conforme o corpo flutuante central 1 se move afastando-se da superfície e a coluna de água 6 provocada pelo tanque imergido 4 começa a aumentar, a água entra no tanque e o ar cativo 5 que o mesmo contém é transferido, através dos tubos flexíveis 51, para os compartimentos superiores 48 dos cilindros pneumáticos 40. Por outro lado, tal como a figura 8 ilustra, quando o impulso das ondas no corpo flutuante central 1 começa a diminuir assim como a coluna de água 6 provocada pelo tanque imergido 27 4, a água emerge do tanque, de modo que o ar 5 nos compartimentos superiores 48 dos cilindros pneumáticos 40 é transferido para o tanque imergido 4 através dos tubos flexíveis 51.

As alterações de pressão e troca de volumes de ar 5 entre os compartimentos superior 48 dos cilindros pneumáticos 40 e tanque imergido 4, produzidas por alterações na coluna de água 6 provocadas pelo tanque imergido 4 conforme se move, origina forças (peso do tanque e impulso do tanque) que são transmitidas para o corpo flutuante central 1 através das roldanas 10 e correntes ou cabos 11, com intensidade máxima de forças praticamente do início da viagem de trabalho do corpo flutuante 1.

Na verdade, na forma de realização preferida descrita, as pequenas variações da coluna de água 6 que ocorrem quando a viagem ascendente ou descendente do corpo flutuante 1 se encontra somente a iniciar, originam a uma troca de volumes de ar 5 entre os compartimentos superiores 48 dos cilindros 40 e o tanque imergido 4, que é traduzida em forças (peso do tanque e impulso do tanque) que actuam com intensidade máxima de forças praticamente do início da viagem de trabalho do corpo flutuante 1. Estas forças são adicionadas ao impulso ou peso do corpo flutuante central 1, devido à acção das forças flutuantes e complementando os seus efeitos, com intensidade máxima de praticamente o início da viagem, acelerando eles 28 adicionalmente as alterações de direcção cíclicas do corpo flutuante central 1 nas extremidades dos cursos das viagens. A outra acção complementada observada na forma de realização preferida do sistema tal como apresentado nas figuras 5 a 9 tem a sua origem no próprio corpo flutuante central 1, e é devida à acção dos cilindros pneumáticos 40 na plataforma móvel 41.

Quando o corpo flutuante central 1 inicia a sua viagem ascendente devido ao impulso da onda, a coluna de água 6 provocada pelo tanque imergido 4 aumenta, sendo a pressão da coluna de água 6 que conduz ao volume de ar 5 no tanque 4, transferida para os compartimentos superiores 48 dos cilindros pneumáticos 40. A pressão do ar 5 nos compartimentos superior 48 dos cilindros 40 aumenta deste modo, conduzindo os pistões 50 destes cilindros 40 para baixo, provocando deste modo o accionamento da plataforma móvel 41 que executa a sua viagem ascendente. O movimento ascendente da plataforma 41 é transmitido para as rodas dentadas 35 do sistema de transmissão que descansa na própria plataforma 41, cujas rodas dentadas 35 se encontram engrenadas na cremalheira 32, resultando numa viagem de trabalho que é adicionada àquela efectuada pelo próprio corpo flutuante central 1 devido às forças de flutuação.

Quando a força da onda diminui e o corpo flutuante 1 começa a sua viagem descendente, a coluna de água 6 provocada pelo tanque imergido 4 diminui, conduzindo à redução da 29 pressão desta coluna de água 6, para a transferência do volume de água 5 no compartimento superior 48 dos cilindros pneumáticos 40 para o tanque imergido 4. A pressão de ar 5 dos compartimentos superiores 48 dos cilindros 40 diminui deste modo em relação à pressão de ar 5 dos compartimentos inferiores 49, que devido a estarem abertos na sua base, apresentam a mesma pressão de ar 31 pré-definida que aquela do receptáculo inferior 30 do corpo flutuante central 1. Deste modo, a diferença de pressão entre os referidos compartimentos 48, 29 faz com o pistão seja accionado para cima, provocando deste modo o accionamento da plataforma 41 que implementa a sua viagem descendente. O movimento descendente da plataforma 41 é transmitido para as rodas dentadas 36 engrenadas na cremalheira 32, resultando numa viagem de trabalho que é adicionada àquela executada pelo próprio corpo flutuante 1 devido às forças de flutuação.

As forças geradas com a alteração de pressões e troca de volumes de ar 5 entre os compartimentos superior 48 dos cilindros pneumáticos 40 e o tanque imergido 4 são utilizadas pelos cilindros 40 dos corpos flutuantes centrais 1 para accionar a plataforma móvel 41 na qual os mecanismos de transmissão dos movimentos dos corpos de flutuação central 1 se encontram situados, estendendo deste modo os cursos de trabalho do corpo flutuante 1, de modo que a conversão da energia do sistema é deste modo complementada.

Lisboa, 19 de Janeiro de 2007

Claims (18)

1 Reivindicações 1. Sistema para o aproveitamento múltiplo e conversão complementar de energia das ondas do mar, que inclui um corpo flutuante central (1), meios (23, 47) para converter o movimento do sistema em energia pneumática, eléctrica ou hidráulica, proporcionada ou de outro modo no interior da mesma, e meios de transmissão (26) da referida energia para terra ou para uma estrutura, em que o sistema compreende adicionalmente uma estrutura de guias verticais (12) ao longo da qual o referido corpo flutuante central (1) se move, caracterizado por compreender um tanque (4) de ar cativo (5) imergido, aberto na sua base inferior, seguro pelo referido corpo flutuante (1) e também móvel ao longo da referida estrutura de guias verticais (12), meios (10, 11) para transmitir o movimento do referido corpo flutuante (1) para o referido tanque imergido (4) , com o corpo (1) e o tanque (4) de tal modo proporcionados, que o movimento do tanque imergido (4) é contrário àquele do corpo flutuante central (1), sendo o movimento do corpo flutuante central (1) e do tanque imergido (4) transmitido através de meios (9, 24, 32, 35, 42, 43, 44, 45) de transmissão do movimento dos referidos meios de conversão (23, 47) do movimento em energia pneumática, eléctrica ou hidráulica. 2

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender pelo menos um corpo flutuante periférico (28) que apresenta uma densidade de 0,5 g/cc, fixado à referida estrutura (12) de guias verticais.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido corpo flutuante central compreender um receptáculo (30) com ar (31) sob pressão, pelo menos um accionador pneumático montado no interior do referido receptáculo, com o compartimento superior (48) do referido accionador ligado ao tanque imergido (4) e o compartimento inferior (49), que se encontra aberto na sua base e exposto ao ar (31) sob pressão do referido receptáculo (30).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por pelo menos um accionador pneumático ser um cilindro (40) .

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os referidos meios de transmissão do movimento compreenderem um inversor de rotação (9, 42), um multiplicador (43), um dispositivo de velocidade variável (44) e um volante de inércia (24, 45). 3

6. Sistema de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por os referidos meios de transmissão de movimento compreenderem adicionalmente uma cremalheira (32) que engrena, em cada um dos seus lados, duas rodas dentadas (35) .

7. Sistema de acordo com as reivindicações 4 e 6, caracterizado por a haste do pistão (50) do referido pelo menos um cilindro pneumático (40) compreender meios para accionar uma plataforma móvel (41) localizada no receptáculo superior (29) do corpo flutuante central (1) e atravessada pela cremalheira (32) com as rodas dentadas (35) montadas rotativas na plataforma (41).

8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os meios para conversão do movimento em energia compreenderem pelo menos um gerador eléctrico (47), uma bomba pneumática (23) ou uma bomba hidráulica.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender tubos telescópios (36) que acolhem pelo menos os meios de transmissão (10, 11) do movimento do corpo flutuante (1) para o tanque imergido (4) e a cremalheira (32). 4

10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender vários módulos, apresentando cada um deles um corpo flutuante central (1) e um tanque (4) de ar cativo (5) imergido, fixado ao corpo flutuante central (l) .

11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido corpo flutuante central (1) apresentar uma cavidade que contém ar cativo (7) no interior da mesma.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender vários corpos flutuantes periféricos (2a, 2b, 2c) fixados ao referido corpo flutuante central (1) por meio de estruturas de fixação basculantes (16).

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os referidos meios de conversão do movimento em energia, compreenderem adicionalmente vários cilindros pneumáticos (17a, 17b, 17c, 21a, 21b) accionados pelas referidas estruturas de fixação basculantes (16).

14. Sistema de acordo com as reivindicações 12 e 13, caracterizado por os referidos corpos flutuantes periféricos (2a, 2b, 2c) compreenderem cada um, dois cilindros pneumáticos periféricos (21a, 21b) que comprimem o ar de um dos cilindros (17a, 17b, 17c) do 5 corpo flutuante central (1) , incluindo a estrutura basculante (16) de cada um dos corpos flutuantes centrais (1) , cilindros (17a, 17b, 17c) incluindo uma barra (19) articulada numa extremidade na haste do referido cilindro (17) e na outra extremidade numa alavanca (20) cujas extremidades se encontram por sua vez articuladas nas extremidades das hastes do cilindro pneumático periférico (21a, 21b) , com a distância entre os dois pontos da articulação na referida barra (19) sendo sensivelmente a mesma que a distância entre a cristã e o ponto mínimo de uma onda.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por um dos dois cilindros pneumáticos periféricos (21a, 21b) comprimir o ar do outro cilindro pneumático periférico.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por cada um dos cilindros pneumáticos (17a, 17b, 17c) do corpo flutuante central (1) e os dois cilindros pneumáticos periféricos correspondentes (21a, 21b) constituírem bombas pneumáticas lineares de três andares.

17. Sistema de acordo com as reivindicações 15 e 8, caracterizado por o ar comprimido produzido pelo sistema 6 ser armazenado nos compartimentos de cada um dos referidos corpos flutuantes periféricos (2a, 2b, 2c).

18. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o sistema compreender adicionalmente várias membranas de osmose inversa para converter directamente a energia hidráulica obtida em água dessalinizada. Lisboa, 19 de Janeiro de 2007