(73) Titular(es): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:

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1 (11) Número de Publicação: PT A (51) Classificação Internacional: F03D 3/04 ( ) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (45) Data e BPI da concessão: / (73) Titular(es): ANTÓNIO PEDRO DE CAMPOS RUÃO DA CUNHA RUA DA MÓ, Nº 44 MADALENA PAREDES (72) Inventor(es): ANTÓNIO PEDRO DE CAMPOS RUÃO DA CUNHA (74) Mandatário: PT PT (54) Epígrafe: DISPOSITIVO EÓLICO OMNIDIRECCIONAL DE FLUXO COMBINADO PARA OBTENÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA (57) Resumo: ESTE INVENTO É UM DISPOSITIVO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA A PARTIR DA ENERGIA DO VENTO PARTINDO DE UM CONCEITO E DESIGN INOVADOR DESAFIANDO ESTABELECER NOVAS REGRAS E LIMITES NO SECTOR. BAIXO IMPACTO ECOLÓGICO E VISUAL, ASSOCIADO À ALTA PRODUÇÃO DE ENERGIA, SÃO AS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DESTE PROJECTO INOVADOR. O DESIGN DO DISPOSITIVO PROMOVE A ACELERAÇÃO DE VENTOS OMNIDIRECCIONAIS DEVIDO À SUA GEOMETRIA EXTERIOR (5) E O RENDIMENTO DO GERADOR (2) ELÉCTRICO É MAXIMIZADO PELA COMBINAÇÃO DE 2 FLUXOS, O FLUXO DE ADMISSÃO (7,8) E O FLUXO DE EXAUSTÃO (9,10,11,12). ESTE INVENTO É APLICÁVEL NA INDÚSTRIA DA ENERGIA, SENDO APTO PARA OS SUB MERCADOS DA MICROGERAÇÃO ASSIM COMO INSTALAÇÕES DE GRANDE POTÊNCIA. AO SER EQUIPADO COM DISPOSITIVOS FLUTUANTES PODERÁ TAMBÉM SER APLICADO NO MAR.

2 RESUMO Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para obtenção de energia eléctrica Este invento é um dispositivo de produção de energia eléctrica a partir da energia do vento partindo de um conceito e design inovador desafiando estabelecer novas regras e limites no sector. Baixo impacto ecológico e visual, associado à alta produção de energia, são as principais características deste projecto inovador. O design do dispositivo promove a aceleração de ventos omnidireccionais devido à sua geometria exterior (5) e o rendimento do gerador (2) eléctrico é maximizado pela combinação de 2 fluxos, o fluxo de admissão (7,8) e o fluxo de exaustão(9,10,11,12). Este invento é aplicável na indústria da Energia, sendo apto para os sub mercados da microgeração assim como instalações de grande potência. Ao ser equipado com dispositivos flutuantes poderá também ser aplicado no mar. Porto, 12 de Março de 2010

3 DESCRIÇÃO Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para obtenção de energia electrica Este invento é um dispositivo de produção de energia eólica a partir de um conceito e design inovador desafiando a estabelecer novas regras no sector. Baixo impacto ecológico e visual, associado à alta produção de energia, são os principais objectivos deste projecto inovador. A velocidade do vento é extremamente importante para a quantidade de energia que uma turbina eólica pode converter em energia elétrica: O conteúdo de energia do vento varia com o cubo da velocidade média do vento. Por exemplo, se a velocidade do vento é duas vezes maior, contém 8 vezes mais energia. O design do dispositivo promove a aceleração do vento devido à sua geometria. Isso permite que uma turbina eólica menor mas com maior rotação produza mais energia e pelo fato de possuir um despertar de rotação mais baixo o sistema começa a produzir energia mais cedo do que qualquer outra turbina eólica. O presente invento é seguidamente descrito sem carácter limitativo e a título exemplificativo, por meio de uma sua forma de realização preferida, representada nos desenhos anexos, nos quais: a Fig.1 é uma representação esquemática em vista isométrica do dispositivo a Fig.2 é uma representação esquemática em corte lateral. a Fig.3 é uma representação esquemática em vista superior do dispositivo com o fluxo com incidência a 45 graus sobre 2 entradas de ar. a Fig.4 é uma representação esquemática em vista superior do dispositivo com o fluxo com incidência a 0 graus sobre 1 entrada de ar e 90 graus sobre outras 2 entradas de ar. a Fig.5 é uma representação esquemática em vista lateral do difusor aerodinâmico que envolve a turbina. Fazendo referência às figuras, vai ser agora descrita a 1/4

4 concretização preferida do invento como seguidamente se descreve. O dispositivo é uma estrutura (5)em forma de cúpula imóvel e inerte, com 1 ou 4 aberturas (1) laterais com grande área de exposição ao vento que direcciona o fluxo a partir de qualquer direcção (omni direcional) e promove um efeito Venturi que acelera rumo a uma turbina (2,4) de alta eficiência que opera com maior rotação. "A mesma quantidade de energia pode ser extraída permitindo que o rotor gire rápido e produza menos torque. Menos resistência ao inicio da rotação significa que há mais energia disponível para extrair ". O Ominiflow opera com duas correntes de fluxo combinado (fig. 2). O fluxo de entrada ou admissão (7,8) e o fluxo superior ou de exaustão (9,10,12). No fluxo de admissão (7,8) de ar entra nas aberturas laterais (1) da estrutura (5) e é orientado para a turbina central (2,4), independentemente do ângulo de incidência do vento na estrutura (5). O ar é acelerado devido ao efeito "Venturi" causado pelo estreitamento suave das superfícies das entradas (1) de ar à medida que se aproximam da turbina(2,4). Este fluxo de entrada (7,8) é também dirigido par a área das pás (4) com maior momento angular e que mais contribuem para o torque, maximizando a energia gerada pelo fluxo direcional. A turbina(2,4) central esta localizada entre um difusor (15) aerodinâmico para diminuir a pressão do ar atrás das pás do aregerador. O fluxo de exaustão (9,10,12) é causado pelo vento que embate sobre a estrutura (5) exterior restante e é desviado para o topo da estrutura. No topo da estrutura (5) antes da turbina (2,4) central está localizado um deflector aerodinâmico (6) que gera uma zona de baixa pressão (10) na área (12) da turbina (2,4) e auxilia a exaustão do fluxo de entrada (7,8). A zona de baixa pressão (12) é amplificada pela junção dos 2 fluxos (admissão;exaustão)(11) que deste modo reforçam a energia gerada pela turbina (2,4) devido a esta área (11,12) de pressão extremamente baixa. O fluxo de exaustão (9,10,12) contribui para diminuir a pressão 2/4

5 acima (11,12) da turbina e do fluxo de admissão (7,8) aumenta a pressão abaixo da turbina (7). Devido a esta contribuição deste fluxo superior e inferior este desenho de dispositivo pode quebrar o limite de Betz «Lei para a eficiência (59%) na conversão da energia do vento em energia mecânica útil». O dispositivo pode fazer uso de apêndices aerodinâmicos para melhorar o seu desempenho e minimizar a perdas resultantes do direcionamento do vento para a turbina central (2,4). Pela analise das fig.3 e fig.4 pode-se observar que qualquer que seja a direcção do vento há sempre uma grande área de exposição. O resultado final do vector director do vento é sempre para cima(ou para baixo dependendo do tipo de aplicação), para a turbina central, mesmo com ventos turbulentos e de oscilação de direcção rápida. Isto representa uma grande vantagem em ambientes urbanos onde os aerogeradores normais não funcionam razoavelmente. A turbina (2,4) usada no dispositivo poderá possuir pás (4) de passo variável. Com este factor o sistema optimiza automaticamente a potência de saída para uma velocidade do vento específica e irá começar a produzir energia para valores de velocidade do vento mais baixos. As pás (4) de ângulo variável promovem também um maior limite de uso sem que esta entre em perda stall. Deste modo ela continuará a produzir energia com ventos mais fortes. A turbina (2,4) usada no dispositivo pode adquirir formas diferentes de modo a atingir melhores resultados para uma utilização específica. Devido ao facto do diâmetro da turbina (2,4) ser menor e logo apresentar um menor custo de produção será também de considerar a possibilidade de utilizar materiais de alto desempenho, tais como materiais compósitos de fibra de carbono / epóxi ou ligas de magnésio reduzindo o risco de destruição, mesmo em altas velocidades de rotação. Por a turbina central (2,4) se apresentar na posição horizontal e imóvel, ou seja não ter de se alinhar com a direcção do vento o 3/4

6 dispositivo permite que sejam aproveitados fluxos secundários provenientes da exaustão de ar-forçado, ventilação, aspiração, calor resultante de sistemas de ar-condicionado, etc. Permitindo deste modo o funcionamento em co-geração, recuperando parte daquela energia dispendida para activar estes dispositivos, característica de alto grau inovador. Toda a estrutura é escalável para a área disponível e necessidades exigidas. Pode ser instalado em edifícios a serem construídos, e em edifícios já construídos (se for fornecida área mínima disponível na parte superior), assim como também sobre montanhas / campos / mar, etc. A forma exterior (5) do dispositivo pode adquirir diferentes formas geométricas para que melhor se integre no ambiente assim como melhorar o seu desempenho para uma situação específica. Como por exemplo aumentando a altura do dispositivo, aumenta também a área de exposição ao vento. Desta forma figuras geométricas como cilindros, cubos, pirâmides, etc, são passíveis de ser usadas como forma (5) externa do dispositivo. O número de entradas (1) de ar poderá também variar consoante a aplicação ou rendimento energético expectável. As entradas de ar poderão alternativamente direccionar o fluxo de ar no sentido descendente (16,17). Alternativamente poderão ser aplicadas mais turbinas no dispositivo, como por exemplo uma turbina (2,4) por entrada de ar (1) como é possível ver na fig.6. A turbina (2,4) ao ser colocada na entrada de ar (1) poderá ser aplicada em posição vertical ou inclinada (16,17). Este invento é aplicável na indústria da energia, sendo apto para os submercados da microgeração assim como instalações de grande potência. Ao ser equipado com dispositivos flutuantes poderá também ser aplicado no mar. Porto, 12 de Março de /4

7 REIVINDICAÇÕES 1- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para obtenção de energia eléctrica caracterizado por ser constituído por uma turbina central (2,4) em posição horizontal que possui um gerador eléctrico (2)e pás (4) de ângulo variável ou não em forma de aerofoil, uma estrutura imóvel (5) em forma de cúpula ou outra forma geométrica adequada, uma ou mais entradas de ar (1) de forma côncava que direccionam o vento suavemente para a turbina (2,4) no sentido ascendente, dispositivos aerodinâmicos que diminuem as perdas no direccionamento do vento para a turbina, um dispositivo aerodinaâmico (6) no topo da estrutura imóvel (5) que gera uma baixa pressão na turbina (2,4), difusor aerodinâmico (15) que envolve a turbina baixando a pressão atrás da turbina(11), entrada de fluxos secundários (7) directamente para a turbina provenientes de aproveitamento de sistemas de exaustão ou diferencial térmico. 2- Dispositivo eólico omnidirectional de fluxo combinado para obtenção de energia eléctrica de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pela turbina possuir um dispositivo electrónico que automaticamente gere um dispositivo mecânico que controla a inclinação das pás (4) da turbina para optimizar o rendimento do gerador (2) eléctrico consoante a velocidade do vento sentida localmente. 3- Dispositivo eólico omnidirectional de fluxo combinado para 1 e 2 caracterizado pela estrutura em forma de cúpula (5) ou outra forma geométrica adequada que por ser imóvel não necessita de se orientar na direcção do vento. 4- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1, 2 e 3 caracterizado por conter 1 ou mais aberturas (1) côncavas que direccionam o vento na direcção da turbina (2,4) quer ela se encontre numa posição superior assim como numa posição inferior(16,17) canalizando o vento no sentido ascendente e/ou descendente, respectivamente. 5- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3 e 4 caracterizado pela possibilidade da inclusão de uma turbina por entrada de ar (16,17) quer o ar seja no sentido ascendente quer descendente. 6- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4 e 5 caracterizado por possuir um baixo perfil que lhe concede um baixo impacto visual passando despercebido nos edifícios, montanhas, campos, mar ou outros meios. 1/4

8 7- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5 e 6 caracterizado por maximizar a sua geração de energia eléctrica pela combinação do fluxo de admissão (8,7) com o fluxo de exaustão (9,10,11,12). 8- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5,6 e 7 caracterizado pelo direccionamento do vento que embate no exterior (5) da estrutura para a parte superior (10) da estrutura. 9- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5,6,7 e 8 caracterizado pelo direccionamento do vento que embate na entrada de ar (1) para a turbina (2,4) mesmo que o ângulo de incidência seja superior a 45 graus (13,14). 10- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5,6,7,8 e 9 caracterizado pelas formas geométricas das entradas de ar (1) em forma côncava que minimizam as perdas energéticas no redireccionamento do vento em direcção à turbina (2,4). 11- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5,6,7,8,9 e 10 caracterizado por conter um apêndice aerodinâmico (6) no topo da estrutura (5) que provocando uma deflecção no vento gera uma zona de baixa pressão na zona (11,12) posterior à turbina (2,4). 12- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 e 11 caracterizado pela possibilidade da turbina utilizada ser de eixo vertical, eixo horizontal ou outro dispositivo que capte a energia do vento que venha a ser desenvolvido. 13- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 e 12 caracterizado pela turbina ser accionada ou não por saídas de fluxos secundários (7) provenientes de aproveitamento da exaustão de ar-condicionados, ar-forçado, extracção, diferencial térmico ou outros fluxos resultantes de edifícios. 13- Dispositivo eólico omnidireccional de fluxo combinado para 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 e 13 caracterizado pelo fluxo de admissão (7,8) ser direccionado para a zona das pás(4) da turbina(2,4) com maior momento angular maximizado assim o torque e a energia produzida pelo gerador eléctrico(2). Porto, 21 de Dezembro de /4

9 Fig. 1

10 Fig.2

11 Fig.3

12 Fig.4

13 Fig. 5

14 Fig. 6

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