PT791139E

PT791139E - Estrutura heterogenea de acumulacao ou de dissipacao de energia processos de utilizacao de uma tal estrutura e aparelhos associados

Info

Publication number: PT791139E
Application number: PT95941774T
Authority: PT
Inventors: Valentin Eroshenko
Original assignee: D L D Internat; Valentin Eroshenko
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 2000-09-29
Also published as: ES2145317T3; JPH10510351A; WO1996018040A1; US6052992A; FR2728037B1; FR2728037A1; DE69515899T2; ATE191066T1; DE69515899D1; JP3838443B2; EP0791139A1; GR3033518T3; EP0791139B1

Description

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DESCRICÂO “Estrutura heterogénea de acumulação ou de dissipação de energia, processos de utilização de uma tal estrutura e aparelhos associados” O presente invento diz respeito ao domínio da termodinâmica e mais particularmente às técnicas de acumulação ou de dissipação de energia, associadas aos aparelhos ou aos sistemas termodinâmicos. O objectivo do invento é desenvolver uma nova técnica de acumulação ou de dissipação de energia, que seja capaz de obter resultados muito superiores aos obtidos com as técnicas tradicionais, utilizando os fluidos de trabalho clássicos, quer dizer os gases e o vapor para a acumulação de energia e os fluidos viscosos habituais, tais como os que são utilizados nos amortecedores ou os absorvedores de choques, para a dissipação de energia.

Nos documentos SU-A-1 333 870 e SU A-943 444, o inventor expôs o princípio geral de uma estrutura heterogénea de acumulação de energia tipo matriz sólida capilar e porosa, que é liófoba em relação ao líquido que envolve esta matriz, quer dizer que o líquido não é embebível por esta matriz. A porosidade capilar é, no entanto, definida de maneira teórica e rudimentar nestes documentos, tendo as passagens capilares secção constante. Na realidade, pareceu que a realização de uma tal matriz era muito onerosa e que os resultados desta estrutura heterogénea eram limitadas em termos de acumulação de energia. Por outro lado, uma matriz deste tipo revelou-se inadequada, para a obtenção de resultados significativos para dissipação de energia. O invento tem então por objecto a concepção de uma estrutura heterogénea mais eficiente, capaz de implementar um processo termodinâmico reversível e, em particular, evitar os aquecimentos e/ou as turbulências no decorrer de uma compressão. O invento tem igualmente por objecto a realização de processos de utilização de uma tal estrutura heterogénea, bem como dos aparelhos de implementação associados.

Trata-se mais particularmente de uma estrutura heterogénea de acumulação ou de dissipação de energia, destinada a ser utilizada nos aparelhos ou sistemas

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 2 termodinâmicos, tipo matriz sólida, capilar e porosa e sendo esta matriz envolvida por líquido, sendo a dita matriz liófoba em relação ao referido líquido, caracterizada por a matriz sólida, capilar e porosa ter porosidade capilar aberta e topologia complexa controlada, com passagens capilares com variações de secção, quer dizer, cujo raio da secção varia no interior de uma mesma passagem, e/ou interligadas entre si para formarem labirintos, e o líquido, que envolve a matriz capilar e porosa, ser escolhido para definir uma superfície de separação de sólido e líquido, a qual é evolutiva de maneira isotérmica e reversível em função da pressão exterior, à qual é submetida a estrutura.

Os critérios principais utilizados com uma tal estrutura heterogénea são, com efeito, a superfície de separação de sólido e líquido e a tensão superficial do líquido na zona de contacto com o sólido.

Uma tal abordagem, esboçada somente nos documentos SU-A-1 333 870 e SU-A-943 444 já referidos, desmarca-se assim radicalmente dos ensinamentos dados pela termodinâmica clássica, na medida em que se utiliza a energia potencial da interacção molecular e a dependência desta energia em relação à temperatura. Assim, em vez de utilizar a energia cinética do movimento aleatório das moléculas de gás ou de vapor, raciocina-se ao nível da energia potencial da interacção molecular, fazendo penetrar um líquido adaptado nas micropassagens (as dimensões vão, em geral, do milésimo ao décimo de micron), deixando o líquido voltar a sair destas micro-passagens, com uma superfície de separação, a qual aumenta com a penetração do líquido e diminui na saída do líquido, e isto num processo ao mesmo tempo isotérmico e reversível. Pode então encontrar-se uma compressão isobárica-isotérmica do meio de trabalho sem transição de fase, utilizando como parâmetros independentes os valores da temperatura e da superfície de separação de sólido e líquido. A energia acumulada ou dissipada é assim essencialmente termomolecular.

De acordo com um modo de execução especial, as passagens capilares estão interligadas entre si e estão dispostas com a forma de canais cilíndricos, de capilares ligeiramente encurvados, ou de ranhuras, de maneira a apresentarem uma histérese fraca quando a estrutura é submetida a um processo de compressão-expansão isotérmico.

Como variante, as passagens capilares têm variações de secção e estão dispostas com a forma de canais cruzados, de canais com alternância de apertos

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 3 ou com alternância de micro-esferas, de maneira a apresentarem uma histérese elevada quando a estrutura é submetida a um processo de compressão-expansão isotérmico. Esta última variante tem um interesse particularmente interessante, quando se procura dissipar a energia desenvolvida sob acção de um impacto de pressão excessivo. A disposição particular dos canais capilares, com variações de secção e/ou uma interligação labiríntica, define o que se pode considerar como uma topologia “complexa” controlada, por oposição à topologia simples contida nas primeiras hipóteses expostas nos documentos já referidos.

Pode também prever-se que as passagens capilares sejam revestidas sobre a sua superfície com um agente escolhido para as tornar liófobas em relação ao líquido usado, por exemplo um composto “organossiliciado” ou organofluorado. Isto permite, em particular, utilizar na matriz porosa materiais, que seriam normalmente embebidos pelo líquido em questão: com efeito, graças a este revestimento, pode satisfazer-se a condição principal, de acordo com a qual a matriz deve ser liófoba em relação ao líquido.

Pode-se igualmente prever que a matriz possua partículas discretas, que encerram uma substância ferromagnética, e/ou que o material da cápsula, que envolve a dita matriz, encerre substâncias ferromagnéticas. Isto permite exercer uma influência sobre a estrutura heterogénea através de um campo magnético, por exemplo para deslocar esta estrutura heterogénea no interior de um espaço estanque fechado. A matriz capilar e porosa não é, por outro lado, necessariamente realizada com uma forma monolítica. Poder-se-á, em particular, prever que esta matriz seja realizada com a forma de partículas discretas, que formam com o líquido uma suspensão ou uma solução coloidal.

De preferência, o material constituinte da matriz capilar e porosa é escolhido a partir do grupo constituído por geles de sílica, os compostos de sílica e de crómio, os aluminossilicatos, a alumína, os vidros porosos e a grafite, e o líquido associado é escolhido a partir do grupo constituído pelos sais, os fundentes,, os metais líquidos e as suas ligas, os eutéticos de baixa temperatura, o mercúrio, as misturas de Wood de baixo ponto de fusão, as soluções aquosas e as soluções polares (por exemplo, electrólitos).

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Poder-se-á também prever que a estrutura heterogénea seja encapsulada num invólucro flexível, ou semelhante, protegendo-a de qualquer contacto com um líquido exterior diferente, utilizado no aparelho ou sistema termodinâmico em questão. O invento refere-se igualmente aos processos de utilização de uma estrutura heterogénea, que apresenta, pelo menos, uma das características atrás referidas.

Trata-se em primeiro lugar de um processo para acumular energia, caracterizado por, pelo menos, uma estrutura heterogénea ser disposta numa câmara fechada cuja matriz liófoba não é monoporosa, sendo formada por uma mistura de matrizes diferentes e sendo submetida esta estrutura a uma compressão forçada a uma temperatura constante predeterminada, para forçar o líquido desta estrutura através das passagens capilares da sua matriz sólida e porosa e aumentar, assim, a superfície de separação de sólido e líquido, podendo a energia acumulada, quando desta compressão forçada, ser, em seguida, recuperada por uma expansão espontânea isotérmica de modo a efectuar um trabalho útil.

De acordo com um caso particular, a energia em causa, quando da compressão forçada, é essencialmente mecânica, e a temperatura constante é escolhida com um valor inferior a metade da temperatura crítica do líquido da estrutura heterogénea, mas superior à temperatura de fusão do citado líquido, a energia recuperada posteriormente quando da expansão espontânea isotérmica sendo principalmente mecânica. De acordo com um outro caso particular, a energia em causa, quando da compressão forçada, é essencialmente térmica e a temperatura constante é escolhida entre 0,5 e 1,0 vezes a temperatura crítica do líquido da estrutura heterogénea, sendo a energia recuperada posteriormente quando da expansão espontânea isotérmica principalmente térmica. É igualmente possível prever que a energia acumulada é armazenada após a fase de compressão forçada, pelo arrefecimento da estrutura heterogénea a uma temperatura inferior à temperatura de fusão do líquido da referida estrutura, antes de ser libertada no momento desejado pelo simples aquecimento da referida estrutura a uma temperatura superior à temperatura de fusão já referida.

De acordo com o invento, está previsto um aparelho para a implementação 85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 5

deste processo, incluindo o referido aparelho uma câmara fechada de volume variável na qual está contida, pelo menos, uma estrutura heterogénea, sendo a dita câmara delimitada por um embolo deslizante, ou por uma membrana flexível ou órgão semelhante.

Trata-se também de um processo para dissipar energia, caracterizado por se dispor numa câmara fechada, pelo menos, uma estrutura heterogénea, cuja matriz liófoba é ou não monoporosa e esta estrutura ser submetida a uma compressão elevada por um impacto, para forçar o líquido desta estrutura a passar através das passagens capilares da sua matriz sólida e porosa e aumentar, assim, a superfície de separação de sólido e líquido, após o que se deixa a estrutura expandir-se espontaneamente a uma pressão baixa predeterminada.

De acordo com o invento, está também previsto um aparelho de implementação do referido processo, incluindo o citado aparelho uma câmara fechada de volume variável, na qual está contida, pelo menos, uma estrutura heterogénea, sendo a referida câmara delimitada por um êmbolo deslizante, cuja haste está dirigida na direcção do impacto previsto.

Outras características e vantagens do invento aparecerão mais claramente à luz da descrição que se vai seguir e dos desenhos anexos, respeitantes a modos de realização particulares, com referência às FIGS. em que: - a FIG. 1 representa uma estrutura heterogénea de acordo com o invento submetida a uma compressão isotérmica, cuja superfície de separação de sólido e líquido evolui, aumentando entre a situação inicial a) e a situação final b); - a FIG. 2 representa diversos modos de execução de uma matriz capilar e porosa com topologia complexa controlada, de acordo com o invento, correspondendo as variantes a), b), c), d) a blocos sólidos, que apresentam na sua massa passagens capilares, e correspondendo a variante e) a partículas discretas (cujas passagens capilares não são visíveis) formando com o líquido uma suspensão ou uma solução coloidal; - a FIG. 3 é um corte esquemático de uma passagem capilar isolada, antes da penetração forçada do líquido em a) e depois da penetração forçada do líquido em b);

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 6 - a FIG. 4a é um diagrama, que representa uma compressão isotérmica, implementada com uma estrutura heterogénea da matriz monoporosa; - a FIG. 4b é um diagrama representando três curvas características, que correspondem a estruturas heterogéneas da matriz capilar em vidro poroso e ao líquido associado, constituído por mercúrio, sendo a matriz monoporosa; - a FIG. 5 é um diagrama, que coloca em evidência a importância da temperatura escolhida, quando da compressão isotérmica, em relação a um nível, que corresponde a metade da temperatura crítica do líquido da estrutura heterogénea, para acumular essencialmente quer energia mecânica quer energia térmica; - as FIGS. 6 a 9 representam diversos acumuladores de energia, com um encapsulamento de uma estrutura heterogénea nas FIGS. 7 a 9, de acordo com o invento, num invólucro flexível ou deformável; - a FIG. 10 representa esquematicamente um modo de acumulação de energia mecânica a temperatura constante, sendo a energia acumulada em a) seguidamente (eventualmente depois de um certo tempo de armazenagem) libertada em b); - a FIG. 11 representa um aparelho de acumulação de energia mecânica, que implementa o princípio representado na FIG. 10, num certo conjunto de temperaturas (compreendidas entre a temperatura de fusão do líquido da estrutura heterogénea e a metade da temperatura crítica deste líquido); - a FIG. 12 representa um outro aparelho para acumular energia térmica com uma estrutura heterogénea de acordo como invento e num outro conjunto de temperaturas diferentes do aparelho da FIG. 11 (temperaturas compreendidas entre 0,5 e 1,0 vezes a temperatura crítica do líquido da estrutura heterogénea); - a FIG. 13 é um diagrama, que coloca em evidência a maior ou menor histérese obtida, de acordo com a topologia complexa adoptada para a porosidade capilar da matriz da estrutura heterogénea, o que é muito importante no quadro de uma dissipação de energia, e a FIG. 14 é um diagrama, que coloca em evidência a extinção de energia sem transformação em calor (“ buraco negro energético”);

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 7 - a FIG. 15 representa um aparelho de dissipação de energia, semelhante a um amortecedor de choques, no qual está colocado uma estrutura heterogénea de acordo com o invento; - as FIGS. 16 e 17 são dois diagramas de compressão-expansão obtidos com uma estrutura heterogénea particular, cuja matriz capilar é um bloco de vidro poroso com microporos e cujo líquido é uma mistura de Wood de baixo ponto de fusão; - as FIGS. 18 a 20 são diagramas, que representam as características registadas com um amortecedor “antitrepidação" de avião, cuja câmara de trabalho está cheia de uma estrutura heterogénea particular, cuja matriz capilar é uma silicagel porosa e o líquido é água. A FIG. 1 representa esquematicamente uma estrutura heterogénea 10 de acumulação ou de dissipação de energia de acordo com o invento, destinada a ser utilizada em aparelhos ou sistemas termodinâmicos. A estrutura heterogénea 10 é, essencialmente, constituída por uma matriz sólida capilar e porosa 11 e por um líquido 13, que envolve esta matriz capilar e porosa, em que a matriz é liófoba em relação ao dito líquido, quer dizer que a tensão superficial é tal que este líquido não é embebível, quando o mesmo está em contacto com a superfície da matriz. A matriz capilar e porosa 11 tem porosidade capilar aberta e topologia complexa controlada, em que esta topologia complexa define as trajectórias de deslocação para o líquido. Esta porosidade está indicada como 12, na representação esquemática da FIG. 1, e é definida por passagens capilares com variações de secção e/ou interligadas entre si, para formarem labirintos. O líquido 13, que envolve a matriz capilar e porosa 11, é escolhido para definir uma superfície de separação de sólido e líquido, a qual é evolutiva de maneira isotérmica e reversível em função da pressão exterior, à qual está submetida a estrutura. O líquido 13, que envolve a matriz capilar e porosa 11, liófoba em relação a este líquido, não pode portanto penetrar espontaneamente no interior dos poros ou capilares e esta penetração não pode ser senão forçada, após uma compressão adequada, exercida sobre a estrutura heterogénea.

Na representação da FIG. 1, a matriz capilar e porosa 11 é realizada com a forma de partículas discretas com porosidade aberta, que estão em suspensão no líquido envolvente 13, associado a esta matriz, mas ver-se-á, em seguida, que é

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 8 igualmente possível de realizar a matriz sólida capilar e porosa com a forma de um bloco, que apresenta também na sua massa passagens capilares, organizadas de acordo com a topologia complexa já referida, de acordo com o que será descrito em seguida, com referência à FIG. 2.

Na FIG. 1, para passar da situação representada em a) para a situação representada em b), exerce-se sobre a estrutura heterogénea 10 uma compressão suficiente (simbolizada pelas setas radiais), para forçar a penetração do líquido na rede capilar da matriz sólida desta estrutura heterogénea e esta compressão é isotérmica. Esta penetração forçada está representada esquematicamente na FIG. 3, onde se distingue uma situação a), na qual o líquido 13 se encontra diante da entrada de uma passagem capilar 12, feita na matriz sólida capilar e porosa 11, sem todavia penetrar neste canal, sendo a fronteira do líquido então formada por um menisco 15. Na situação b), na sequência de uma compressão isotérmica da estrutura heterogénea, forçou-se a penetração do líquido para o interior da passagem capilar 12. O nível de pressão que é necessário ultrapassar corresponde à pressão capilar de Laplace, cujo valor é dado pela fórmula P = (2σ · cos<J>)/r, na qual σ é a tensão superficial do líquido da estrutura heterogénea à temperatura considerada, Φ é o ângulo de contacto (sendo este ângulo necessariamente superior a 90°, em virtude da característica liófoba já referida) e r é o raio do canal capilar. A passagem da situação a) para a situação b) da FIG. 3 tem por efeito aumentar a superfície de separação de sólido e líquido que se pode indicar por Ω, correspondendo a variação ΔΩ à superfície lateral das passagens capilares em questão. Assim, a superfície de separação de sólido e líquido é evolutiva de maneira isotérmica e reversível em função da pressão exterior, à qual a estrutura heterogénea é submetida, o que permite desenvolver um trabalho útil. Quando a pressão aplicada sobre a estrutura heterogénea é aliviada, obtém-se então uma expansão espontânea, que permite o retorno da situação b) à situação a). É interessante notar que o escoamento do líquido no interior da porosidade capilar da matriz sólida e liófoba é intra-laminar, quer dizer que o número de Reynolds é sensivelmente nulo, de maneira que a transição de uma situação para outra se efectua sem atrito e portanto sem aquecimento. Este resultado constitui um elemento de importância capital nas aplicações previstas da estrutura heterogénea de acordo com o invento.

Na FIG. 2, representam-se diversos modos de execução da matriz capilar e porosa com topologia complexa controlada da estrutura heterogénea.

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Em a), a matriz 11.1 é realizada com a forma de um bloco, que apresenta na sua massa passagens capilares 12.1, que terminam em poros, sendo estas passagens realizadas com a forma de canais paralelos, que se prolongam em duas direcções perpendiculares. Estes canais 12.1 têm aqui secção constante e estão interligados.entre si, para realizarem uma rede, que forma um labirinto.

Em b), o modo de execução representado diz respeito a uma matriz 11.2 igualmente formada por um bloco, mas cujas passagens capilares 12.2 são realizadas com a forma de ranhuras, igualmente de secção constante e interligadas entre si.

Os modos de execução representados em a) e b), ou como variante com passagens capilares ligeiramente encurvadas, têm por efeito que a estrutura apresenta uma histérese fraca quando a mesma é submetida a um processo de compressão - expansão isotérmica. Voltaremos a esta questão de histérese ao nível da descrição da FIG. 13, porque esta histérese é particularmente importante no quadro de uma pesquisa de dissipação de energia.

Em c) representou-se uma matriz capilar e porosa 11.3 constituída por um bloco, que apresenta canais 12.3 com variações de secção. Neste caso, estes canais são constituídos por uma alternância de pequenos capilares e de micro-esferas dispostos em série. As variações de secção serão escolhidas fracas (quer dizer com uma relação muito inferior a 2 entre a secção máxima e a secção mínima), se a estrutura heterogénea se destina, antes de tudo, a acumular energia, e importantes (relação, pelo menos, igual a 2 entre a secção máxima e a secção mínima e, se possível, muito superior a este valor) se a estrutura heterogénea se destina, antes do mais, a dissipar energia.

Em d) representou-se uma matriz 11.4, que apresenta passagens capilares 12.4, dispostas com a forma de canais cruzados, de maneira a formar labirintos. Estes canais foram representados com uma secção constante, mas é natural que se poderá combinar os modos de execução c) e d), com canais que têm ao mesmo tempo variações de secção e estão interligados entre si para formar labirintos.

Os modos de execução representados em c) e d) apresentam, em relação aos modos de execução representados em a) e b), uma histérese elevada, quando a estrutura é submetida a um processo de compressão-expansão isotérmico.

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Em e) representou-se um matriz sólida 11.5, realizada com a forma de partículas discretas com porosidade capilar, formando com o líquido 13 uma suspensão ou uma solução coloidal. Estas partículas podem apresentar individualmente uma disposição de canais capilares com uma topologia complexa controlada, o que não é visível sobre a representação aqui apresentada. Na parte esquerda, as partículas discretas estão aglutinadas entre si, o que corresponde a uma superfície de separação de sólido e líquido mínima, na medida em que o líquido envolvente 13 não consegue espontaneamente alcançar a porosidade capilar da matriz. Exercendo uma compressão exterior suficiente, o líquido 13 é forçado para a porosidade capilar da matriz, o que tem por efeito aumentar a superfície de separação de sólido e líquido, sendo esta superfície de separação evolutiva de maneira isotérmica e reversível.

Em certos casos, o material de base, com o qual é realizado a matriz porosa, é tal, que é embebido pelo líquido escolhido. Neste caso, é conveniente encontrar uma modificação da matriz para reencontrar a condição essencial, de acordo com a qual a referida matriz deve ser liófoba em relação ao líquido em questão. Neste caso, as passagens capilares da matriz, que é realizado num material normalmente embebido pelo líquido em questão, são revestidas nas suas superfícies com um agente escolhido para tornar a sua superfície não embebível pelo líquido 13. Na FIG. 3, a superfície de uma passagem capilar 12 está indicada por 14, a qual podia ser revestida quimicamente por um agente escolhido para tornar esta superfície não embebível pelo líquido. Poderá utilizar-se para este efeito compostos “organossiliciados” ou organofluorados.

De acordo com um outro modo de execução particular, pode ser previsto que o bloco, que constitui a matriz 11 inclui partículas discretas, que encerram uma substância ferromagnética. Isto permite exercer uma influência determinada sobre o bloco constituinte da matriz porosa, o que se revela particularmente interessante quando se deseja deslocar, para a mudar de posição, a estrutura heterogénea disposta no interior de um recipiente estanque selado, que não se quer abrir. O material constituinte da matriz capilar e porosa 11 poderá, por exemplo, ser um gel de sílica, um composto de sílica e de crómio, um aluminosilicato, alumina, um vidro de borosilicato de sódio poroso, grafite. O líquido associado pode então ser um sal, um fundente, um electrólito, um metal líquido ou uma liga de metais líquidos, um eutético em baixa temperatura (por exemplo, “gálio-índio” ou “gálio-índio-chumbo” ou ainda “gálio-chumbo-estanho”), mercúrio, uma solução

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 11 aquosa, uma solução polar (antigel, electrólito), ou ainda uma mistura de Wood ou outra de baixo ponto de fusão. Relembra-se que a mistura de Wood é uma mistura eutética, cujo ponto de fusão é de 95° C, sendo uma tal mistura muitas vezes utilizada nas soldaduras ditas na onda de componentes electrónicos. A título indicativo, pode citar-se os “pares” sólido-líquido seguintes que são particularmente adequados: geles de silica-mercúrio, aluminossilicatos-mistura de Wood, silocrómio-gálio, parafina-água. A FIG. 4a é um diagrama que dá a pressão em função do volume e que representa um processo de compressão isotérmico de uma estrutura heterogénea de matriz porosa. Entre os pontos 1 e 2 da curva, a estrutura heterogénea comporta-se como um sistema quase condensado, na medida em que o seu volume varia muitíssimo pouco, depois, quando uma pressão de certo nível é alcançada (esta pressão desse nível está indicada por PL porque se trata da pressão capilar de Laplace), a linha, que liga os pontos 2 e 3, e que corresponde a uma variação importante de volume AV, situa-se sobre uma linha horizontal, portanto com pressão constante. Esta fase corresponde ao encher forçado do líquido no interior da porosidade capilar da matriz. No ponto 3, o encher da porosidade capilar está terminado, de maneira que se encontra entre o ponto 3 e o ponto 4, um sistema quase condensado. É interessante notar que se obtém um processo de compressão isobárico-isotérmico sem transição de fase. Isto é obtido graças ao matriz capilar e porosa e ao líquido associado, a referida matriz que é liófoba em relação ao líquido, não sendo a composição do líquido modificada durante o processo de compressão isotérmica, sendo a tensão superficial do referido líquido uma função somente da temperatura. O trabalho da compressão isobárica-isotérmica da estrutura heterogénea é dado pelo produto da pressão P e da variação de volume Δ V. É interessante notar que se obtém uma proporcionalidade à pressão, contrariamente aos sistemas termodinâmicos clássicos utilizando gases ou vapor, com os quais o trabalho da pressão isotérmica é proporcional ao logaritmo da pressão. Isto explica porque se obtém uma capacidade de acumulação de energia, pelo menos, seis a oito vezes superior, em relação à capacidade obtida com gás ou vapor a uma pressão máxima comparável. É interessante notar igualmente que o aumento forçado da superfície de separação de líquido e sólido e a diminuição espontânea desta superfície de separação efectuam-se sem que haja ruptura da continuidade do líquido, portanto sem turbulência nem cavitação: depois, obtém-se o benefício de um nível de ruído quase inexistente no quadro de uma utilização de uma estrutura heterogénea do tipo acima referido.

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Assim como ο que foi indicado atrás, a FIG. 4a representa bem o fenómeno isobárico-isotérmico do processo de compressão da estrutura heterogénea de matriz monoporosa (uma só dimensão de poros, quer dizer r = constante ou ôr / δν = 0). O fenómeno isotérmico provém, de facto, das condições da experiência (T = constante), enquanto que o fenómeno isobárico resulta da formulação da pressão capilar de Laplace: efectivamente, quando o sistema funciona com T = constante, tem-se necessariamente δ = constante, e obtém-se sempre P = constante devido à monoporosidade da matriz utilizada (r é com efeito constante, portanto ôr /δν = 0). É, no entanto, possível obter as características mais diversas das estruturas heterogéneas do ponto de vista do diagrama, dando P em função de V. A FIG. 4b representa assim diferentes características de estruturas heterogéneas realizadas com as matrizes de vidro poroso e um líquido associado, que é o mercúrio. Já não estamos agora em presença de matrizes monoporosas, quer dizer que r é variável, portanto que ôr / δν φ 0. Com uma matriz não monoporosa, formada por uma mistura de matrizes diferentes, pode utilizar-se eficazmente a estrutura heterogénea para acumular energia, de acordo com um dos aspectos do invento. As curvas 1, 2, 3 do diagrama da FIG. 4b representam diferentes casos obtidos misturando diferentes tipos de matrizes (em pó, em grãos), por exemplo, de cinco a dez matrizes diferentes e fazendo variar o volume parcial V| de cada uma das matrizes e os seus raios η = constante: - a curva 1, quase convexa, corresponde a uma proporção preponderante dos volumes parciais V, das matrizes, que têm um η mínimo (portanto P máximo) em relação aos volumes V, das matrizes que têm um η máximo (portanto P mínimo), e constata-se que esta estrutura heterogénea é principalmente comprimida a pressões elevadas; - a curva 2, quase côncava, corresponde inversamente a uma proporção preponderante dos volumes parciais V, das matrizes que têm um η máximo (portanto P mínimo) em relação aos volumes V, das matrizes que têm um η mínimo (portanto P máximo), e constata-se que esta estrutura heterogénea é principalmente comprimida a pressões baixas; - a curva 3, quase linear, corresponde a uma proporção equilibrada, com uma distribuição volumétrica equilibrada dos volumes parciais das matrizes

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 13 com tamanhos diferentes de poros e de capilares.

Assim como o que será descrito mais adiante, é possível prever que a estrutura heterogénea seja encapsulada num invólucro flexível ou órgão semelhante, protegendo-a de qualquer contacto com um líquido exterior diferente do utilizado no aparelho ou sistema termodinâmico em questão.

Na FIG. 6, distingue-se um acumulador de energia 20, que encerra uma estrutura heterogénea 10 do tipo anteriormente descrito, num caso em que o fluído hidráulico em questão, que passa numa tubagem 23 é adequado, como líquido não embebível, para a estrutura heterogénea em questão. Neste caso, não há qualquer razão para prever um encapsulamento da estrutura heterogénea. Distingue-se assim um invólucro 21, com duas partes, ligadas entre si de maneira estanque, com uma junta associada 22, a estrutura heterogénea alojada no interior do invólucro 21, contendo uma matriz porosa, capilar e liófoba 11, representada com a forma de uma pluralidade de secções individuais, que não são embebíveis pelo líquido associado 13, que passa numa tubagem 23. Poderá tratar-se, por exemplo, de um sistema hidráulico, no qual se produz periodicamente um excesso ou uma insuficiência de energia do fluído motor.

Em outros casos, pode-se mostrar necessário evitar qualquer contacto entre a estrutura heterogénea e o fluído hidráulico de trabalho. É então que se prevê um encapsulamento ou um envolvimento da estrutura heterogénea, como está representado nas variantes das FIGS. 7 a 9.

Na FIG. 7, distingue-se assim um acumulador de energia 24, constituído por um invólucro exterior rígido 21, constituído por duas partes, que apertam uma membrana de separação 25, que forma um diafragma flexível. A estrutura heterogénea 10 está alojada numa câmara que delimita o diafragma flexível, que fica assim isolada de qualquer contacto com o fluído hidráulico 26, que passa na tubagem 23. Neste caso, representou-se uma estrutura heterogénea do tipo constituída por partículas discretas 11, com porosidade capilar aberta 12 de topologia complexa controlada, que formando com o líquido 13 uma suspensão. A FIG. 8 representa um outro acumulador de energia 27, que inclui como anteriormente um invólucro rígido 21, cuja câmara, que recebe a estrutura heterogénea, deve ser isolada do fluído hidráulico 26 em questão, que passa na tubagem 23. Substituindo o diafragma flexível anterior, foi previsto aqui uma grelha

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 14 28, que apresenta uma rede cujos orifícios 29 são suficientemente pequenos para não deixarem passar as cápsulas, que incluem a estrutura heterogénea 10. Na FIG. 8, representou-se em escala maior cápsulas (em forma de “rebuçados”), fechando uma estrutura heterogénea de matriz porosa 11, que apresenta canais capilares abertos 12 de topologia complexa controlada, e tudo isto em volta do líquido associado 13, em relação ao qual a matriz é liófoba. A estrutura heterogénea está, neste caso, aprisionada numa cápsula, cujo diâmetro é superior ao dos orifícios 29. Podem ser utilizadas cápsulas de plástico, em polímero ou em metal, a fim de isolar a estrutura heterogénea, confinada no invólucro rígido 21, do fluído 26. Pode-se eventualmente, por outro lado, incorporar partículas magnéticas no tecido do invólucro, que forma cada “rebuçado”.

Pode prever-se ainda um encapsulamento estanque, que confina a estrutura heterogénea do invento nos foles metálicos, tal como está representado na FIG. 9. Distinguem-se, efectivamente, três foles 31, cujo espaço interior está ocupado por uma estrutura heterogénea 10, de acordo com o invento estando, estes três foles 31 alojados numa caixa estanque 32, na qual passa um fluído hidráulico de trabalho 26, proveniente da tubagem 23.

Quando se utiliza uma técnica de encapsulamento da estrutura heterogénea, é preferível proceder a um tratamento em vácuo, de maneira a evacuar o ar, porque este ar constitui um material sem interesse no plano energético. A FIG. 10 representa um modo de acumulação de energia mecânica com temperatura constante, com uma estrutura heterogénea do tipo e de acordo com o invento, que está alojada numa câmara fechada com um sistema de êmbolos e cilindro. Distingue-se, assim, um aparelho 40, que inclui um cilindro 41, no qual desliza um êmbolo 42, cuja haste está indicada por 43. A câmara anelar está indicada por 44 e a câmara de secção total por 45. Nesta última câmara está disposta uma estrutura heterogénea 10 de matriz capilar e porosa, de topologia complexa controlada e liófoba em relação ao líquido associado. A representação esquemática dada aqui simboliza poros liófobos, nos quais está contido um líquido, quando da compressão em a), enquanto que este líquido saiu dos poros, quando da expansão espontânea em b). Quando da compressão da estrutura heterogénea, o líquido é forçado através das passagens capilares da matriz sólida desta estrutura, com uma temperatura constante, o que tem por efeito aumentar a superfície de separação de sólido e líquido (ΔΩ>0) e aumentar o potencial de Gibbs do sistema (AG>0). Assim em a), constata-se uma extensão forçada da

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 15 superfície de separação (ΔΩ>0), enquanto que, quando do alívio da pressão, a superfície de separação diminui (ΔΩ<0) bem como o potencial de Gibbs (aG<0). A energia acumulada, quando da compressão forçada, pode assim ser recuperada por uma expansão espontânea isotérmica, para efectuar um trabalho útil. Representou-se aqui esquematicamente o trabalho útil através da destruição de uma pequena barra 46, contra a qual vem embater a extremidade da haste de cilindro 43. Neste caso, a energia trazida, quando da compressão forçada, é essencialmente mecânica. Prever-se-á, entre outras coisas, que a temperatura constante, à qual é efectuada a compressão, é escolhida de modo a ser inferior a metade da temperatura crítica do líquido da estrutura heterogénea, mas sendo superior à temperatura de fusão deste líquido. Neste caso, a energia recuperada posteriormente, quando da expansão espontânea isotérmica, é essencialmente mecânica. A FIG. 11 representa um aparelho 50 colocando em aplicação o princípio de acumulação de energia mecânica anteriormente descrito com referência à FIG. 10.

Encontra-se um sistema de cilindros e êmbolo, incluindo um cilindro 51, no qual desliza um êmbolo 52, cuja haste está indicada por 53. A câmara anelar está indicada por 54 e a câmara de secção completa por 55. Nesta última está alojada uma estrutura heterogénea 10, de acordo com o invento, em que a estrutura é aqui envolvida por um invólucro 33, que é suficientemente flexível para transmitir as forças de pressão, evitando sempre o contacto com o fluído hidráulico, presente na câmara 55. A seta A corresponde ao sentido da carga e a seta B ao sentido da descarga. Está prevista uma válvula 59, que coloca em comunicação, através de um estrangulamento variável, as câmaras 54 e 55 do cilindro. Um distribuidor 56 assegura a ligação deste sistema quer a uma fonte hidráulica, constituída por uma bomba 57.1 e o seu reservatório associado 58.1, quer a meios de consumo de energia, constituídos por um motor hidráulico 57.2, cujo reservatório associado está indicado por 58.2. Basta actuar no distribuidor 56, escolhendo a posição da esquerda para efectuar a carga, ou a posição da direita para efectuar a descarga e a posição neutra para o corte. Um tal aparelho 50 pode funcionar de acordo com diversos modos: - carga de acumulador e descarga pela haste do êmbolo: na carga, o distribuidor 56 está na posição neutra e a estrutura heterogénea é comprimida e o êmbolo pode ser bloqueado na posição de entrada máxima, fechando a válvula 59; abrindo de novo a válvula 59, liberta-se a energia acumulada e a haste do êmbolo

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 16 pode efectuar um trabalho útil, estando subentendido que se pode a todo o momento parar a deslocação do êmbolo, fechando a válvula 59; - carga hidráulica e descarga do acumulador: antes da carga, o distribuidor 56 é colocado na sua posição extrema à direita, de maneira que a bomba 57.1 comprime a estrutura heterogénea, depois o distribuidor é novamente colocado na posição neutra; a libertação de energia acumulada é feita pondo o distribuidor na sua posição extrema à esquerda, sendo o trabalho útil realizado pelo motor hidráulico 57.2; - carga mecano-hidáulica e descarga do acumulador: o modo anterior é modificado, abrindo a válvula 59 depois do distribuidor 56 ser recolocado na posição neutra, para recuperar um trabalho útil pela haste do êmbolo.

Neste caso, a estrutura heterogénea é portanto recebida numa câmara fechada de volume variável, que é delimitada por um êmbolo deslizante. É evidente que se poderia utilizar como variante um aparelho do tipo do da FIG. 7 ou 8, utilizando uma membrana flexível 25 ou uma rede 28.

Como variante do processo anterior, pode ser previsto, que a energia trazida quando da compressão forçada da estrutura heterogénea, seja essencialmente térmica. Neste caso, parece que a temperatura constante devia ser escolhida entre 0,5 e 1,0 vezes a temperatura crítica Tc do líquido da estrutura heterogénea (de acordo com as explicações dadas mais adiante com referência à FIG. 5). A energia recuperada seguidamente, quando da expansão espontânea isotérmica, é então principalmente térmica.

Na FIG. 12, está representado um acumulador de energia térmica, que implementa o processo do invento. Distingue-se assim um aparelho 60, que inclui um cilindro 61, no qual desliza um êmbolo 62, cuja haste está indicada por 63. Indicou-se por 64 e 65 a câmara anelar e a câmara de secção completa do cilindro, estando a estrutura heterogénea 10 alojada nesta última câmara. Neste caso, um fluído refrigerante circula em volta do cilindro 61, estando o conjunto alojado num recipiente termicamente isolante 66. A conduta de entrada 68 compreende um distribuidor 69, que permite ligar esta conduta quer a uma fonte de fluido frio .71, quer a uma fonte de fluído quente 72. Foi, igualmente, esquematizada uma lingueta 67, que permite trancar o êmbolo após a fase de compressão isotérmica, o que permite armazenar a energia acumulada. Quando se quer recuperar esta energia,

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 17 basta desbloquear a lingueta 67, o que permite a expulsão espontânea do líquido para o exterior da estrutura porosa e capilar da matriz. A saída de utilização deste acumulador térmico está indicada por 70.

No caso de compressão isotérmica, o calor latente da formação de superfície vem do exterior pelo agente de aquecimento da fonte 72. Encontra-se assim à entrada uma pequena quantidade de energia mecânica, aplicada à haste 63 e uma grande quantidade de energia térmica a partir do agente calorífero. Quando da compressão, o distribuidor 69 está na sua posição extrema à esquerda ou à direita, de maneira que é obtida a acumulação de energia térmica, na medida em que a temperatura escolhida para o agente calorífero ultrapassa o valor de 0,5 vezes a temperatura crítica Tc do líquido da estrutura heterogénea. Quanto mais esta temperatura escolhida é elevada, mais a modificação da superfície de separação é importante e, portanto, mais a capacidade de acumulação de energia da estrutura heterogénea é elevada. Mudando o distribuidor 69 para a sua posição extrema à direita, transfere-se a energia térmica anteriormente acumulada e folga-se a lingueta 67, para permitir ao êmbolo de deslocar-se espontaneamente para a direita, sob a acção da pressão exercida pelo líquido da estrutura heterogénea, que sai dos poros e capilares. A superfície de separação contrai-se espontaneamente, o que aumenta a energia interna do agente a aquecer da fonte 71, por causa da libertação do calor latente de formação de superfície, quando da contracção desta superfície de separação. O diagrama da FIG. 5 representa as variações da relação entre os componentes mecânico e térmico da energia interna em função da temperatura, ou mais precisamente da relação entre a temperatura constante escolhida e a temperatura crítica Tc do líquido da estrutura heterogénea. Este diagrama coloca em evidência um ponto A correspondente à identidade entre os componentes mecânico e térmico, isto para um valor de temperatura igual a metade da temperatura crítica referida (0,5xTc). Às temperaturas T1 superiores a este limite, ter-se-á, essencialmente, um processo de acumulação de energia térmica, enquanto que para uma temperatura T2 inferior a este limite, ter-se-á, essencialmente, um processo de acumulação de energia mecânica.

Será possível, se necessário, prever que a energia acumulada seja armazenada após a fase de compressão forçada, durante um período de tempo determinado, por arrefecimento da estrutura heterogénea a uma temperatura inferior à temperatura de fusão do líquido da referida estrutura, antes de ser

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 18 libertada no momento desejado por simples aquecimento da referida estrutura a uma temperatura superior à temperatura de fusão referida. O diagrama da FIG. 13 representa diversos ciclos de compressão -expansão isotérmica, com quatro ciclos, dando rectas de retorno para a expansão indicadas por C1, C2, C3, C4, que correspondem a valores de pressão constante diferentes. Para a recta C1, o afastamento em relação à compressão isotérmica é pequeno (por exemplo cerca de 5%), o que é obtido por uma topologia de matriz capilar e porosa, dando uma histérese fraca no processo de compressão -expansão isotérmica da estrutura heterogénea. Pelo contrário, a recta C4 corresponde a uma histérese máxima, o que é particularmente interessante, quando se trata de dissipar energia. A FIG. 14 representa dois ciclos diferentes D1, D2 de compressão isotérmica, em que nas abcissas está a taxa de enchimento da porosidade capilar com topologia complexa controlada da matriz da estrutura heterogénea pelo líquido associado, em relação ao qual a matriz é liófoba. Constata-se por este diagrama que a compressão forçada permite absorver completamente a energia fornecida, ficando o sistema num estado comprimido sem se expandir. Isto só é obtido no caso em que se dispõe de uma histérese elevada. Neste caso, verifica-se uma verdadeira estabilidade da estrutura heterogénea no estado comprimido.

Foi representado, a título de exemplo, nas FIGS. 18 a 20 as características obtidas no quadro de ensaios realizados sobre um amortecedor de vibrações (antitrepidação) para um avião grande de transporte, em que o amortecedor incorpora uma estrutura heterogénea de acordo com o invento.

Mais precisamente, o amortecedor em questão era formado por um cilindro e dois êmbolos com as suas hastes opostas, formando o espaço delimitado entre os dois êmbolos, cujos deslocamentos são guiados pelas paredes do cilindro, uma câmara de trabalho: encheu-se, então, esta câmara de trabalho com uma substância heterogénea particular, com uma matriz de silica-gel porosa, modificada para ser liófoba para substâncias organossiliciadas e um líquido associado em relação ao qual a matriz é portanto liófoba, constituída neste caso por água contendo um “antigel”.

Submeteu-se um tal amortecedor, equipado de uma estrutura heterogénea a uma solicitação sinusoidal (até uma frequência vizinha de 20 Hz), aplicada ao nível

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 19 dos apoios da extremidade das hastes associadas aos êmbolos. O diâmetro dos êmbolos era de 30 mm e a deslocação máxima de cada êmbolo (com a sua haste) de 8,5 mm. O diagrama força/deslocamento obtido, representado na FIG. 18, mostra que a absorção de energia de vibrações de trepidação da estrutura heterogénea é muito eficaz. Obtém-se uma característica quase estática para o amortecedor. Fazendo variar a velocidade de deslocamento de 1,8 a 48 mm/minuto, pode constatar-se que todas as características, obtidas a diferentes velocidades, coincidiam. O diagrama da FIG. 19, que representa a energia absorvida em função da curva, quando de um ciclo de quase estática, mostra justamente que a partir de um deslocamento de cerca de 2 mm, a energia absorvida varia linearmente em função da curva da haste do êmbolo. O diagrama da FIG. 20, que representa a energia absorvida em função da frequência de solicitação, mostra uma quase independência da energia absorvida. Vê-se que a banda de passagem em frequência é bastante larga para as energias e forças consideradas. A FIG. 15 representa um aparelho 80 de dissipação de energia utilizando uma estrutura heterogénea do tipo referido. O domínio típico de aplicação é constituído pelos amortecedores de choques. O aparelho 80 compreende assim um invólucro 81, rigidamente solidário do objecto 82, para proteger e fechado por uma ponteira 83, na qual desliza um conjunto de haste e êmbolo 84 de maneira estanque graças às juntas 87. Um limitador interno de movimento está previsto, indicado por 89. Existe no interior do invólucro 81 uma estrutura heterogénea 10, que pode ser concretizada com a forma de um invólucro flexível permeável ao líquido, que envolve e contém as partículas de pó, que constitui a matriz porosa, capilar e liófoba, ou como variante uma estrutura capilar 86 (que forma a matriz liófoba 11 da estrutura heterogénea), disposta em círculo no interior do invólucro 81, bem como de uma câmara de líquido 85 (formando o líquido 13, associado da estrutura heterogénea). No caso de um invólucro, pode prever-se insertos 88 de apoio penetráveis hidraulicamente.

Neste caso, coloca-se numa câmara fechada 85, pelo menos, uma estrutura heterogénea de matriz capilar, porosa e liófoba, de topologia complexa controlada,

85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 20 e submete-se esta estrutura a uma compressão elevada, através de um impacto, o qual é simbolizado pela seta F, exercida sobre a extremidade do conjunto de haste e êmbolo 84. Esta compressão força o líquido da estrutura heterogénea através das passagens capilares da sua matriz porosa e aumenta assim a superfície de separação de sólido e líquido, depois do que se pode deixar a estrutura expandir-se espontaneamente a uma pressão baixa predeterminada. Notar-se-á que o conjunto de haste e êmbolo 84 é dirigida na direcção do impacto previsto.

Por fim, serão descritos dois exemplos particulares, que implementam o invento, com a ajuda de um diagrama de compressão-expansão isotérmico (dando a pressão P, em MPa, em função de AV/V) obtido com uma estrutura heterogénea particular, cuja matriz capilar é um bloco de vidro poroso com microporos, com uma topologia complexa controlada e cujo líquido associado é uma mistura de Wood com baixo ponto de fusão (95° C). A título indicativo, a dimensão dos microporos poderá ser da ordem de 2 x 10'8 m .

Na FIG. 16 distingue-se a curva F que é a curva de compressão à temperatura ambiente (22°C) do conjunto de matriz sólida e líquido solidificado.

Começa-se por aquecer este conjunto a uma temperatura de 95° C, que é a temperatura de fusão da mistura de Wood. Comprime-se a estrutura heterogénea percorrendo assim os pontos 2, 3, 4, 5 no diagrama E1 representado. Baixa-se seguidamente um pouco a pressão até um valor ligeiramente superior à pressão de Laplace, para chegar ao ponto A, depois arrefece-se o conjunto à temperatura ambiente, de maneira que o líquido solidifique e possa ser guardado muito tempo. Se se aquecer o conjunto à temperatura de fusão do líquido solidificado, o ciclo de expansão pode então retomar-se a partir do ponto A, juntando os pontos 6, 7, 8. O ponto 8 confunde-se com o ponto 2 de partida, na medida em que o processo é reversível, como já dissemos atrás. A FIG. 17 representa uma variante do diagrama da figura precedente, com um diagrama E2, no qual, no fim do ciclo de compressão, se baixou a pressão até uma pressão mínima inferior à pressão de Laplace. O dispositivo é arrefecido e solidificado, e pode ficar no estado sólido durante tempos bastantes longos. Se se subir a temperatura da amostra até à temperatura de fusão da mistura de Wood, o sistema liberta-se e executa um trabalho mecânico com uma grande força e um grande percurso (pontos B, 6, 7, 8). 21 85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ

Um tal armazenamento de energia poderá ter numerosas aplicações e pode citar-se, a título de exemplo, a abertura dos painéis solares de satélites ou a realização de sistemas de segurança automáticos, totalmente autónomos no plano energético.

Constata-se, em particular, à luz dos diagramas das FIGS. 16 e 17, que a estrutura heterogénea do invento possui propriedades comparáveis às dos materiais ditos com memória de forma. Entretanto, enquanto que a memória de forma tradicional é uma passagem do estado martensítico ao estado austenítico, está-se aqui em presença de uma evolução da superfície de contacto (ou de separação) sob uma forma exterior, seguida depois de um processo espontâneo de libertação de energia (redução da superfície de contacto) e uma recuperação do trabalho mecânico útil. Por outro lado, a estrutura heterogénea do invento possui vantagens sensíveis em relação aos materiais tradicionais com memória de forma (por exemplo, Ti - Ni, misturas de cobre) na medida em que os valores das forças e das percursos de dilatação são muito mais elevados com a estrutura heterogénea de acordo com o invento. A título de comparação, a dilatação dos materiais tradicionais com memória de forma varia de 2 a 8% enquanto que se obtém valores de 40 a 80 % com uma estrutura heterogénea de acordo com o invento. A força desenvolvida pela estrutura heterogénea pode, por outro lado, tomar valores enormes (alguns milhares a vários milhões de newton), enquanto que as misturas Ti - Ni não permitem ultrapassar 10 a 100 newton. O invento não está limitada aos modos de realização que acabam de ser descritos, mas engloba, pelo contrário, toda e qualquer variante retomando as características essenciais enunciadas atrás.

Lisboa, 21 JJ?J. 2000

Por D L D INTERNATIONAL e VALENTIN EROSHENKO - O AGENTE OFICIAL -

Claims

1 - Estrutura heterogénea de acumulação ou de dissipação de energia (10), destinada a ser utilizada em aparelhos ou sistemas termodinâmicos, tipo matriz sólida capilar e porosa e sendo esta matriz envolvida por líquido, sendo a dita matriz liófoba em relação ao dito líquido, caracterizada por a matriz sólida, capilar e porosa (11) ter porosidade capilar aberta e topologia complexa controlada, com passagens capilares (12) com variações de secção, quer dizer, cujo o raio da secção varia no interior de uma mesma passagem, e o líquido (13), que envolve a matriz capilar e porosa (11), ser escolhido de modo a definir uma superfície de separação de sólido e líquido, a qual é evolutiva de maneira isotérmica e reversível, em função da pressão exterior, à qual está submetida a estrutura.
2 - Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as passagens capilares (12.3, 12.4) com variações de secção estarem dispostas com a forma de canais cruzados, de canais com alternância de aperto ou com alternância de microesferas, de modo a apresentar uma histérese elevada, quando a estrutura é submetida a um processo de compressão-expansão isotérmica.
3 - Estrutura heterogénea de acumulação ou de dissipação de energia (10), destinada a ser utilizada em aparelhos ou sistemas termodinâmicos, tipo matriz sólida, capilar e porosa e sendo esta matriz envolvida por líquido, sendo a dita matriz liófoba em relação ao dito líquido, caracterizada por a matriz sólida, capilar e porosa (11) ter porosidade capilar aberta e topologia complexa controlada, com passagens capilares (12), interligadas entre si, de modo a formarem labirintos, e o líquido (13), que envolve a matriz capilar e porosa (11), ser escolhido de modo a definir uma superfície de separação de sólido e líquido, a qual é evolutiva de maneira isotérmica e reversível em função da pressão exterior, à qual está submetida a estrutura.
4 - Estrutura de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por as passagens capilares (12.1, 12.2), interligadas entre si, estarem dispostas com a forma de canais cilíndricos, de canais capilares ligeiramente encurvados, ou de ranhuras, de maneira a apresentarem uma fraca histérese, quando a estrutura é submetida a um processo de compressão-expansão isotérmica.
5 - Estrutura heterogénea de acumulação ou de dissipação de energia (10) destinada a ser utilizada em aparelhos ou sistemas termodinâmicos, tipo matriz

sólida, capilar e porosa e sendo esta matriz envolvida por líquido, sendo a dita matriz liófoba em relação ao dito líquido, caracterizada por a matriz sólida, capilar e porosa (11) ter porosidade capilar aberta e topologia complexa controlada, com passagens capilares (12) com variações de secção, quer dizer, cujo raio da secção varia no interior de uma mesma passagem e, além disso, interligadas entre si para formarem labirintos, e o líquido (13), que envolve a matriz capilar e porosa (11), ser escolhido de modo a definir uma superfície de separação de sólido e líquido, a qual é evolutiva de maneira isotérmica e reversível em função da pressão exterior, à qual está submetida a estrutura.
6 - Estrutura de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a matriz (11.5), cujas passagens capilares (12.5) têm variações de secção e estão interligadas entre si, ser realizada com a forma de partículas discretas, que formam com o líquido uma suspensão ou uma solução coloidal.
7 - Estrutura de acordo com uma das reivindicações 1, 3 e 5, caracterizada por as passagens capilares (12) serem revestidas na sua superfície (14) com um agente, escolhido para as tornar liófobas em relação ao líquido adoptado, por exemplo, um composto organossiliciado ou organofluorado
8 - Estrutura de acordo com uma das reivindicações 1, 3 e 5, caracterizada por a matriz (11) incluir partículas discretas, que encerram uma substância ferromagnética e/ou o material da cápsula, que cobre a dita matriz, encerrar substâncias ferromagnéticas.
9 - Estrutura de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por o material constituinte da matriz capilar e porosa (11) ser escolhido a partir do grupo constituído pelos geles de sílica, os compostos de sílica e de crómio, os aluminossilicatos, a alumina, os vidros porosos e a grafite e o líquido associado (13) ser escolhido a partir do grupo constituído pelos sais, os fundentes, os metais líquidos e as suas ligas, os eutéticos de baixa temperatura, o mercúrio, as misturas de Wood de baixo ponto de fusão, as soluções aquosa e as soluções polares.
10 - Estrutura de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por a mesma estar encapsulada num invólucro flexível ou semelhante (21, 25; 21, 28; 31), que protege a mesma de qualquer contacto com um líquido exterior diferente, utilizado no respectivo aparelho ou sistema termodinâmico.
11 - Processo de utilização de uma estrutura heterogénea de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, para acumular energia, caracterizado por, pelo menos, uma estrutura heterogénea (10), ser disposta numa câmara fechada (45, 55, 65a), cuja matriz liófoba não é monoporosa, sendo formada por uma mistura de matrizes diferentes e sendo submetida esta estrutura a uma compressão forçada a temperatura constante predeterminada, para forçar o líquido desta estrutura para dentro das passagens capilares da sua matriz sólida e porosa e aumentar, assim, a superfície de separação de sólido e líquido, podendo a energia acumulada, quando desta compressão forçada, ser, em seguida, recuperada por uma expansão espontânea isotérmica de modo a efectuar um trabalho útil.
12 - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a energia produzida, quando da compressão forçada, ser, essencialmente, mecânica, e a temperatura constante ser escolhida inferior a metade da temperatura crítica do líquido da estrutura heterogénea (10), mas superior à temperatura de fusão do dito líquido, sendo a energia seguidamente recuperada, quando da expansão espontânea isotérmica, principalmente mecânica.
13 - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a energia produzida, quando da compressão forçada, ser essencialmente térmica, e a temperatura constante ser escolhida entre 0,5 e 1,0 vezes a temperatura crítica do líquido da estrutura heterogénea (10), sendo a energia recuperada seguidamente, quando da expansão espontânea isotérmica, principalmente térmica.
14 - Processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado por a energia acumulada ser armazenada, após a fase de compressão forçada, pelo arrefecimento da estrutura heterogénea a uma temperatura inferior à temperatura de fusão do líquido da dita estrutura, antes de ser libertada no momento desejado pelo simples aquecimento da dita estrutura a uma temperatura superior à temperatura de fusão referida.
15 - Aparelho para a implementação de um processo de acordo com uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado por o mesmo incluir uma câmara fechada de volume variável, na qual está alojada, pelo menos, uma estrutura heterogénea (10), de acordo com uma das reivindicações 1, 3, 5, sendo a dita câmara delimitada por um êmbolo deslizante (42, 52, 62), ou por uma membrana flexível, ou órgão semelhante (25, 28). 85 056 ΕΡ 0 791 139/ΡΤ 4/4
16 - Processo de utilização de uma estrutura heterogénea de acordo com uma das reivindicações 1 a 10 para dissipar energia, caracterizado por se dispor numa câmara fechada (85), pelo menos, uma estrutura heterogénea (10), cuja matriz liófoba é ou não monoporosa e esta estrutura ser submetida a uma compressão elevada por um impacto, para forçar o líquido desta estrutura para dentro das passagens capilares da sua matriz sólida e porosa e aumentar, assim, a superfície de separação de sólido e líquido, após o que se deixa a estrutura expandir-se espontaneamente com uma pressão baixa predeterminada.
17 - Aparelho para implementação do processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o mesmo incluir uma câmara fechada de volume variável (85), na qual está alojada, pelo menos, uma estrutura heterogénea (10) de acordo com uma das reivindicações 1, 3, 5, sendo a dita câmara delimitada por um êmbolo deslizante (84), cuja haste está dirigida na direcção do impacto previsto. Lisboa, 21. Mi 2000 Por D L D INTERNATIONAL e VALENTIN EROSHENKO - O AGENTE OFICIAL -

EHG.· ANTÓNIO JOAó DA CUNHA FERREIRA Ag. 0|. Pr. Ind. Rub das Flores, 74 - 4.* 1B0O LISBOA