BR102012019938A2

BR102012019938A2 - APPLIANCE FOR PURIFYING AND PROCESSING LIQUIDS

Info

Publication number: BR102012019938A2
Application number: BRBR102012019938-6A
Authority: BR
Inventors: Rubem Ioel Dotte Echart
Original assignee: Rubem Ioel Dotte Echart
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2014-09-23
Also published as: WO2014022902A1

Abstract

APARELHO PARA PURIFICAR E PROCESSAR LÍQUIDOS. Aparelho para purificar e processar líquidos por meio de cavitação que, para isso, utiliza apenas a energia hidrodinâmica produto da pressão e vazão de um líquido em movimento numa tubulação capaz de produzir cavitação hidrodinâmica, hidrossônica de baixa frequência e ultrassônica, simultaneamente.APPLIANCE FOR PURIFYING AND PROCESSING LIQUIDS. Apparatus for purifying and processing liquids by means of cavitation which, for this purpose, uses only the hydrodynamic energy resulting from the pressure and flow of a moving liquid in a pipe capable of producing hydrodynamic, low frequency hydrosonic and ultrasonic cavitation simultaneously.

Description

APARELHO PARA PURIFICAR E PROCESSAR LÍQUIDOS CAMPO DA INVENÇÃOFIELD FOR PURIFYING AND PROCESSING FIELDS OF THE INVENTION

A presente invenção descreve um aparelho para purificar e processar líquidos por meio de cavitação hidrodinâmica transiente, ionização e dissolução de micro e nanobolhas de gás.The present invention describes an apparatus for purifying and processing liquids by transient hydrodynamic cavitation, ionization and dissolution of gas micro and nanobubbles.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Cavitação é um fenômeno físico próprio dos fluidos que, no caso dos líquidos, consiste no surgimento microbolhas de vapor, sendo provocado pelo aumento da temperatura além da “temperatura de vapor” desse líquido, quando ocorre a mudança 10 para a fase gasosa. Também a súbita redução da pressão no meio líquido, abaixo da denominada “pressão de vapor”, provoca o surgimento de microbolhas, preenchidas com vapor extremamente rarefeito, que, por isso mesmo, são instáveis e implodem violentamente quando a pressão inicial do líquido é restabelecida, liberando energia na forma de calor e ondas de choque. Esse ciclo, que compreende a nucleação, o 15 crescimento e o colapso das microbolhas, é denominado “cavitação transiente”. A quantidade de energia liberada está relacionada ao tamanho e à forma das microbolhas, sendo proporcional à pressão aplicada e inversamente proporcional ao tempo de duração da implosão. No ponto de colapso de uma microbolha, são facilmente alcançadas pressões acima de 100 MPa e temperaturas acima de 5000° K. Outro fenômeno 20 relacionado à cavitação transiente é a erosão sobre sólidos imersos em zonas de cavitação com a retirada de pequenas quantidades de material superficial por microjatos de líquido em alta velocidade emitidos pelas microbolhas, as quais se tomam assimétricas quando colapsam próximo de superfícies sólidas.Cavitation is a physical phenomenon of fluids that, in the case of liquids, consists in the appearance of vapor microbubbles, being caused by the increase of temperature beyond the “vapor temperature” of this liquid, when the change to the gas phase occurs. Also the sudden reduction in pressure in the liquid environment, below the so-called “vapor pressure”, causes the appearance of microbubbles, filled with extremely thin steam, which are therefore unstable and violently implode when the initial pressure of the liquid is restored. releasing energy in the form of heat and shock waves. This cycle, which comprises nucleation, growth, and collapse of microbubbles, is called “transient cavitation”. The amount of energy released is related to the size and shape of the microbubbles, being proportional to the applied pressure and inversely proportional to the duration of the implosion. At the point of collapse of a microbubble, pressures above 100 MPa and temperatures above 5000 ° K are easily reached. Another phenomenon related to transient cavitation is erosion over solids immersed in cavitation zones with the removal of small amounts of surface material. by high velocity micro-jets of liquid emitted by the microbubbles, which become asymmetric when they collapse near solid surfaces.

Existem várias maneiras de gerar cavitação em líquidos: por aquecimento, por descarga elétrica de alta tensão, por explosões, por raios laser, por micro-ondas, por ultrassom, por sistemas mecânicos e hidrodinâmicos, dentre outros. No entanto, no atual estado da técnica, somente cavitação produzida por ultrassom e por processos hidrodinâmicos possibilita eficiência aceitável e emprego utilitário e industrial.There are several ways to generate cavitation in liquids: by heating, by high voltage electric discharge, by explosions, by laser rays, by microwave, by ultrasound, by mechanical and hydrodynamic systems, among others. However, in the current state of the art, only ultrasound cavitation and hydrodynamic processes enable acceptable efficiency and utility and industrial use.

A cavitação ultrassônica é obtida mediante aparelhos geradores de ondas sonoras com frequências entre 16 kHz e 20 MHz, que são produzidas por um gerador eletrônico de impulsos elétricos, o qual aciona um transdutor piezoelétrico colocado no interior ou fixado nas paredes do reservatório de líquido, ao qual transmite um movimento vibratório, estabelecendo um sistema ressonante. As ondas sonoras formam microbolhas de vapor rarefeito durante a passagem das zonas de baixa pressão (cavas), crescendo a cada uma dessas passagens até se tomarem instáveis e implodirem durante a passagem de uma zona de alta pressão (crista), como exemplifica a Fig.4.Ultrasonic cavitation is obtained by sound wave generators with frequencies between 16 kHz and 20 MHz, which are produced by an electronic electric pulse generator, which drives a piezoelectric transducer placed inside or attached to the walls of the liquid reservoir. which transmits a vibratory movement, establishing a resonant system. Sound waves form rarefied vapor microbubbles during the passage of the low pressure zones (armholes), growing at each of these passages until they become unstable and implode during the passage of a high pressure zone (crest), as exemplified in Fig. 4

O estado da técnica descreve equipamentos de cavitação por ondas de frequênciaState of the art describes frequency wave cavitation equipment

ultrassônica, tais como os documentos de patente US5937906, RU2254912, DE4204607 e JP2008036555, que, porém, são limitados a tanques de pequeno volume, já que as ondas sonoras perdem energia ao se afastarem da fonte geradora. Além disso, são equipamentos caros e necessitam de alimentação elétrica.such as US5937906, RU2254912, DE4204607 and JP2008036555, which are however limited to small volume tanks as sound waves lose energy as they move away from the generating source. In addition, they are expensive equipment and require electrical power.

A cavitação hidrodinâmica pode ser obtida através de bombas denominadasHydrodynamic cavitation can be obtained through pumps called

hidrossônicas, as quais são compostas por um cilindro rotativo inserido em câmara também cilíndrica, com uma pequena folga entre ambos; o cilindro rotativo é dotado de um grande número de orifícios periféricos cegos. Esses equipamentos necessitam alta velocidade tangencial no rotor (acima de 57 m/”) para produzir cavitação útil e, em 15 virtude disso, não podem ser construídos em pequena escala. Normalmente, utilizam motores com mais de 30 CVs, produzem enorme vibração devido ao constante desbalanceamento aleatório do rotor, já que a quantidade de líquido dentro de cada um dos orifícios periféricos varia a cada instante e não há como equalizá-la. Essa vibração somada àquela produzida pela cavitação destrói em curto espaço de tempo os mancais 20 ou rolamentos do eixo do rotor. É exemplo de um equipamento de cavitação hidrodinâmica por meio de bomba hidrossônica aquele descrito no documento US5188090.hydrosonic, which are composed of a rotating cylinder inserted in also cylindrical chamber, with a small gap between them; The rotary cylinder is provided with a large number of blind peripheral holes. These equipments require high tangential rotor speed (over 57 m / ”) to produce useful cavitation and therefore cannot be built on a small scale. Normally using motors with more than 30hp, they produce huge vibration due to the constant random unbalance of the rotor, as the amount of liquid inside each of the peripheral holes varies at any moment and there is no way to equalize it. This vibration in addition to that produced by cavitation destroys rotor shaft bearings or bearings in a short time. An example of a hydrodynamic cavitation equipment by means of a hydrosonic pump is that described in US5188090.

Existe, ainda, outro tipo de bomba hidrossônica, que apresenta rotores semelhantes aos das bombas centrífugas comuns, porém dotados de uma borda 25 cilíndrica permeada de fendas, que gira em alta rotação dentro de outra seção cilíndrica semelhante, também dotada de fendas, denominada estator; o líquido é forçado centrifugamente a partir das fendas do rotor cilíndrico e vaza através das fendas do dito estator quando estas coincidem com as do rotor, portanto de modo intermitente, o que gera ondas de pressão de frequência ultrassônica a jusante. Esses aparelhos são bastante 30 eficientes e são baseados nos modelos das sirenes de alarme aerodinâmicas, mas também apresentam problemas de vibração no eixo quando processam líquidos devido à vibração intensa de grande amplitude e pelo desgaste eletrolítico produzido pelo surgimento de fortes cargas elétricas no rotor; necessitam de rotores de diâmetro avantajado a fim de acomodar o grande número de fendas necessárias para atingir frequências ultrassônicas, o que não permite a construção em escala reduzida, necessitando, também, de motores de alta potência. São mais utilizados no aquecimento 5 de líquidos e nas experiências de laboratório que tentam produzir fusão nuclear “a frio”, sendo descritos nos documentos de patente US20050237855, RU2005120932, UA22647 e UA79617.There is also another type of hydrosonic pump, which has rotors similar to those of ordinary centrifugal pumps but with a slotted cylindrical edge 25 which rotates at high speed within another similar cylindrical section, also with slits, called a stator. ; The liquid is forced centrifugally from the slots of the cylindrical rotor and leaks through the slots of said stator when they coincide with those of the rotor, therefore intermittently, which generates downstream ultrasonic frequency pressure waves. These devices are quite efficient and are based on aerodynamic alarm siren models, but they also have shaft vibration problems when processing liquids due to intense wide vibration and electrolytic wear produced by the emergence of strong electrical charges on the rotor; They need large diameter rotors to accommodate the large number of slots needed to reach ultrasonic frequencies, which does not allow for small scale construction and also requires high power motors. They are most commonly used for heating liquids and for laboratory experiments attempting to produce "cold" nuclear fusion, and are described in US20050237855, RU2005120932, UA22647 and UA79617.

Existem também aparelhos de cavitação denominados apitos d’água, que se dividem em dois outros tipos: apitos por lâmina vibratória, que funcionam como as 10 palhetas de instrumentos musicais de sopro, nos quais um fluxo de líquido faz vibrar uma lâmina cujo movimento atinge frequências ultrassônicas; e apitos de tubo ressonante, onde o fluxo de líquido é direcionado para a extremidade aberta de um tubo, cuja extremidade oposta é fechada, criando uma onda estacionária de frequência ultrassônica no seu interior, como um apito aerodinâmico comum. Embora de 15 construção barata, são pouco eficientes e, por isso, muito pouco utilizados. Dispositivos com esse funcionamento são descritos nos documentos US4675194 e US5975750.There are also cavitation devices called water whistles, which are divided into two other types: vibrating blade whistles, which function as the 10 reeds of wind musical instruments, in which a flow of liquid vibrates a blade whose movement reaches frequencies. ultrasonic; and resonant tube whistles, where the flow of liquid is directed to the open end of a tube whose opposite end is closed, creating a stationary wave of ultrasonic frequency within it, as a common aerodynamic whistle. Although they are cheap to build, they are inefficient and therefore very little used. Devices that perform this function are described in US4675194 and US5975750.

Na cavitação hidrodinâmica por passagem do fluxo em estreitamentos são descritos aparelhos que produzem cavitação em fluxo de líquido pelo rebaixamento da pressão em tubos de Venturi, placas de orifícios e suas variantes. Constituem a grande 20 maioria dos modelos de reatores de cavitação, todos baseados no princípio de Bemoulli e Venturi. Basicamente, provocam a aceleração de um fluxo de líquido através de uma garganta para reduzir a pressão estática abaixo da pressão de vapor do líquido, restabelecendo-a mais adiante; as microbolhas de cavitação são formadas na zona de baixa pressão e colapsam quando esta volta ao normal, quando da redução de 25 velocidade do fluxo. Podem processar grandes volumes de líquido em movimento, diferentemente dos equipamentos a ultrassom.In hydrodynamic cavitation by flow passage in narrows, apparatus is described which produce liquid flow cavitation by lowering pressure in venturi tubes, orifice plates and variants thereof. They make up the vast majority of cavitation reactor models, all based on the Bemoulli and Venturi principle. Basically, they accelerate a flow of liquid through a throat to reduce the static pressure below the vapor pressure of the liquid, restoring it later; Cavitation microbubbles are formed in the low pressure zone and collapse when it returns to normal when flow velocity is reduced. They can handle large volumes of moving liquid, unlike ultrasound equipment.

O estado da técnica descreve inúmeros documentos de patente de aparelhos de cavitação hidrodinâmica que atuam por meio da passagem de um fluxo de líquido em estreitamentos, tal como os descritos nos documentos US6935770, US7207712, 30 US7247244, US7762715, US20070041266, US20070189114, US20070041266, US6935770, US7207712, US7247244, US7338551, US7762715, RU20080121929, CN10215385, CN201997321, DEl02009034977, W02008055070, W02005082786 e SU988937. Esses equipamentos apresentam eficiência moderada vinculada à pressão do fluxo e somente produzem cavitação útil com pressões acima de 250 kPa capazes de proporcionar alta velocidade de fluxo (a grande maioria necessita pressões superiores a 500 kPa). Quando o bombeamento se dá através de bombas centrífugas de um estágio, 5 universalmente utilizadas e cujo rendimento se situa tipicamente entre 45% e 65%, há uma queda acentuada no desempenho, proporcional ao aumento da pressão de trabalho.The prior art describes numerous patent documents for hydrodynamic cavitation apparatus that act by passing a liquid stream in narrows such as those described in US6935770, US7207712, 30 US7247244, US7762715, US20070041266, US20070189114, US20070041266, US6973577070 , US7207712, US7247244, US7338551, US7762715, RU20080121929, CN10215385, CN201997321, DE02009034977, W02008055070, W02005082786 and SU988937. These devices have moderate efficiency linked to flow pressure and only produce useful cavitation at pressures above 250 kPa capable of providing high flow velocity (the vast majority require pressures greater than 500 kPa). When pumping through universally used one-stage centrifugal pumps 5 and whose performance is typically between 45% and 65%, there is a marked drop in performance commensurate with the increase in working pressure.

O documento PIl 004770, do mesmo titular, descreve um equipamento que produz ondas de choque de baixa frequência e estas, cavitação hidrodinâmica transiente. Exige, também, pressões acima de 200 kPa, regulagem e afinação de acordo com a vazão do fluxo de líquido.Document PI1 004770, by the same holder, describes equipment that produces low frequency shock waves and transient hydrodynamic cavitation. It also requires pressures above 200 kPa, regulation and tuning according to the flow of liquid flow.

A cavitação hidrodinâmica por cisalhamento radial de dois fluxos contrarrotativos de sentidos opostos consiste em dividir um fluxo de líquido em dois outros e fazê-los colidir frontalmente, tendo passado antes, cada um deles, através de aletas em forma de turbina que lhes imprime intensa deflexão para gerar vórtices contrarrotativos, de modo 15 que, ao se encontrarem, se expandam radialmente, formando dois discos com rotações opostas, em cuja interface são produzidos, via cisalhamento, inúmeros micro vórtices; no centro desses microvórtices, a baixa pressão gera microbolhas de cavitação que colapsam quando migram para as regiões periféricas, onde os microvórtices são desfeitos e a pressão volta a ser a inicial. Aparelhos com esse funcionamento são 20 moderadamente eficientes no controle de incrustações calcárias e bactérias em instalações de torres de resfriamento. Sua eficiência é equivalente à das placas de orifícios e também está vinculada à pressão do fluxo. Quando o acionamento é feito por motobombas centrífugas de apenas um estágio, apresentam o mesmo comportamento dos aparelhos baseados em placas de orifícios. Somente produzem o efeito a que se 25 propõem quando acionados com pressões altas (acima de 650 kPa), sendo descritos nos documentos US7651614 e MX2010009706.Hydrodynamic cavitation by radial shear of two opposite-direction counter-flow streams consists of dividing one flow of liquid into two others and causing them to collide frontally, each passing through turbine vanes which give them intense deflection. to generate counter-rotative vortices, so that when they meet, they expand radially, forming two disks with opposite rotations, at whose interface numerous micro vortices are produced via shear; At the center of these microvortices, the low pressure generates cavitation microbubbles that collapse as they migrate to the peripheral regions, where the microvortices are disrupted and the pressure returns to its initial level. Appliances with this function are moderately efficient in controlling scale and bacteria scale in cooling tower installations. Its efficiency is equivalent to that of orifice plates and is also linked to flow pressure. When driven by single-stage centrifugal motor pumps, they perform the same behavior as orifice plate-based devices. They only produce their intended effect when operated at high pressures (above 650 kPa) and are described in US7651614 and MX2010009706.

Na cavitação hidrodinâmica por cisalhamento de vários fluxos axiais contrarrotativos concêntricos, um fluxo de líquido é dividido em vários espirais vórticos concêntricos e contrarrotativos, um em relação ao outro, que se deslocam ao longo de 30 um tubo onde mantêm o movimento rotativo até que se esgote a energia cinética de cada um; produzem intenso cisalhamento, já que são pressionados uns contra os outros pelas respectivas forças centrífugas, gerando microbolhas esféricas e as implodindo com alta pressão; a área de contato entre os fluxos contrarrotativos é substancialmente maior que a dos sistemas radiais e também não possui peças móveis, porém exige pressão mínima de trabalho de 45 PSI e está descrito no documento BRPIl 103092, do mesmo titular.In shear hydrodynamic cavitation of various concentric counter-rotative axial flows, a liquid flow is divided into several counter-concentric and concentric vortex spirals that move along a tube where they maintain rotary motion until they run out. the kinetic energy of each one; they produce intense shear as they are pressed against each other by their centrifugal forces, generating spherical microbubbles and imploding them with high pressure; The contact area between counter-flow flows is substantially larger than that of radial systems and also has no moving parts, but requires a minimum working pressure of 45 PSI and is described in document BRPIl 103092 by the same holder.

Os reatores de cavitação hidrodinâmica por vórtice único consistem de um ou 5 mais orifícios alinhados tangencialmente em relação às paredes de um tubo cilíndrico através dos quais um líquido é injetado em grande velocidade, formando um vórtice no interior do qual a baixa pressão produz microbolhas de cavitação. Na realidade, são variações construtivas do tubo de Hilsch-Rankine aplicadas no aquecimento e na purificação de líquidos, sendo descritas nos documentos RU2045715, RU2045715, 10 US6221260 e UA16659. Como nos tubos de vórtice aerodinâmicos, o rendimento obtido é pífio.Single vortex hydrodynamic cavitation reactors consist of one or 5 more holes aligned tangentially to the walls of a cylindrical tube through which a liquid is injected at high speed, forming a vortex within which low pressure produces cavitation microbubbles. . In fact, they are constructive variations of the Hilsch-Rankine tube applied in heating and liquid purification, and are described in RU2045715, RU2045715, 10 US6221260 and UA16659. As with aerodynamic vortex tubes, the yield obtained is poor.

Na cavitação hidrodinâmica por jatos, bocais ou tubeiras, que, em geral, consistem na primeira metade de um Venturi dotado de depressões anulares normais ao fluxo, são gerados vórtices toroidais, no interior dos quais são nucleadas microbolhas de 15 cavitação. Esses bocais são utilizados para descarregar jatos de microbolhas em tanques e piscinas onde estas colapsam. Sua eficiência é baixa, mas aceitável, já que são baratos e de fácil instalação no ponto de descarga da tubulação de sistemas de bombeamento já em funcionamento. Esses equipamentos apresentam baixa eficiência energética e limitação ao uso abaixo da linha d’água em tanques e piscinas. Não conseguem destruir 20 completamente microalgas e não destroem bactérias e vírus em tanques de maior volume, sendo descritos nos documentos US6221260, US6200486, JP2001009447 e JP2011245582.In hydrodynamic cavitation by jets, nozzles or nozzles, which generally consist of the first half of a venturi with normal flow annular depressions, toroidal vortices are generated within which cavitation microbubbles are nucleated. These nozzles are used to discharge microbubble jets into tanks and pools where they collapse. Their efficiency is low but acceptable as they are inexpensive and easy to install at the pipe discharge point of pumping systems already in operation. These equipments have low energy efficiency and limitation to use below water in tanks and swimming pools. They cannot completely destroy microalgae and do not destroy bacteria and viruses in larger tanks and are described in US6221260, US6200486, JP2001009447 and JP2011245582.

A resposta energética de um processo de cavitação transiente útil está relacionada com vários aspectos, tais como:The energy response of a useful transient cavitation process is related to several aspects such as:

- a esfericidade das microbolhas, que é determinada por viscosidade, tensão- the sphericity of the microbubbles, which is determined by viscosity, stress

superficial, peso molecular, temperatura e natureza eletromagnética das moléculas do líquido. No caso da água, o processo é favorecido pela natureza bipolar das moléculas e suas ligações de hidrogênio que impõem grande tensão superficial;surface weight, molecular weight, temperature and electromagnetic nature of liquid molecules. In the case of water, the process is favored by the bipolar nature of the molecules and their hydrogen bonds that impose great surface tension;

- o tempo de duração da fase de baixa pressão e intensidade desta para que as microbolhas atinjam rapidamente a dimensão adequada antes de se instabilizarem;- the duration of the low pressure phase and its intensity so that the microbubbles rapidly reach the appropriate size before they become unstable;

- a rápida aplicação da fase de alta pressão, que provocará o colapso das microbolhas. Quanto maior a pressão e o tamanho da microbolha, respeitada a sua característica de estabilidade relativa, maior a energia cinética que animará as moléculas de sua camada limite em direção ao seu centro geométrico;- the rapid application of the high pressure phase which will cause the microbubbles to collapse. The higher the pressure and size of the microbubble, respecting its relative stability characteristic, the greater the kinetic energy that will animate the molecules of its boundary layer towards its geometric center;

- a quantidade de microbolhas geradas por unidade de tempo.- the amount of microbubbles generated per unit of time.

Dessa forma, é objeto da presente invenção um aparelho para gerar cavitação útil 5 em fluxos de líquidos por meio de processos de cavitação transiente (nucleação, crescimento implosão de microbolhas de vapor rarefeito), que incorpora, quando o objetivo é a purificação e esterilização desses líquidos, ionização e eletrólise de pequena intensidade e dissolução de micro e nanobolhas de ar atmosférico ou qualquer outro gás; este aparelho é capaz de produzir cavitação hidrodinâmica transiente mesmo em 10 sistemas de baixa pressão, a partir de 50 kPa, devido à sua capacidade de interromper parcial e intermitentemente o caudal, de modo a acumular pressão a jusante durante curto intervalo de tempo para, imediatamente, liberá-la através de um estrangulamento em forma de Venturi, obtendo, assim, grande velocidade, proporcional queda da pressão local e geração de um sistema ondulatório de alta intensidade.Accordingly, an object of the present invention is an apparatus for generating useful cavitation 5 in liquid streams by means of transient cavitation processes (nucleation, rarefied microbubble implosion growth), which incorporates, when the objective is purification and sterilization of these. liquids, ionization and small electrolysis and dissolution of micro and nanobubbles from atmospheric air or any other gas; This apparatus is capable of producing transient hydrodynamic cavitation even in 10 low pressure systems, starting at 50 kPa, due to its ability to partially and intermittently interrupt flow, so as to accumulate downstream pressure for a short time to immediately , release it through a venturi choke, thus obtaining a high velocity, proportional drop in local pressure and generation of a high intensity wave system.

SUMÁRIOSUMMARY

É característica da invenção um aparelho para esterilizar e purificar líquidos que gera e utiliza cavitação hidrodinâmica primária de média intensidade em um fluxo de líquido contínuo para acionar um dispositivo que provoca breves interrupções parciais no escoamento, tomando-o intermitente, produzindo picos de alta pressão a montante e 20 de baixa pressão a jusante de forma a gerar cavitação hidrossônica, ou seja, cavitação produzida por ondas de pressão ou choque de frequência subsônica, audível, de grande amplitude e baixa frequência, tipicamente abaixo de 1 kHz, com tempo de nucleação, crescimento e colapso das microbolhas superior a 0,001”, pressão de onda acima de 2,5 kPa e velocidade de propagação superior a 500 m/”, que, ao serem refletidas 25 parcialmente, de modo ressonante dentro de um tubo, também gerem frequências ultrassônicas, inaudíveis, acima de 20 kHz que produzem cavitação ultrassônica típica sem necessitar do emprego de geradores eletrônicos e transdutores; o presente aparelho provoca a destruição de micro-organismos de qualquer tipo, tanto pela grande flutuação da pressão das ondas de choque principais e seus impactos, como pelas ondas de choque 30 provenientes do colapso de milhões de microbolhas, geradas pelas três modalidades de cavitação que produz, também fortes o suficiente para romper a membrana celular de qualquer micro-organismo. É característica da invenção um aparelho para esterilizar e purificar líquidos que utiliza como força de acionamento qualquer bomba capaz de prover pressão superior a 50 kPa, bem como caudais naturais com altura manométrica acima de 5 mca, gerando mínima perda de carga e dispensando instalação elétrica e que, em circuitos que já 5 utilizam bombas para circulação, filtragem e recalque, especialmente de água, pode ser instalado em série e utilizado durante essas atividades com custo de operação próximo a zero.It is a feature of the invention an apparatus for sterilizing and purifying liquids which generates and uses medium intensity primary hydrodynamic cavitation in a continuous liquid stream to drive a device that causes brief partial interruptions in flow, making it intermittent, producing high pressure spikes at upstream and low-pressure downstream to generate hydrosonic cavitation, that is, cavitation produced by high frequency, low frequency audible subsonic pressure or shock waves, typically below 1 kHz, with nucleation time, microbubble growth and collapse greater than 0.001 ”, wave pressure greater than 2.5 kPa and propagation velocity greater than 500 m /”, which, when partially resonantly reflected within a tube, also generate ultrasonic frequencies. , inaudible, above 20 kHz that produce typical ultrasonic cavitation without requiring the generation of electronic pain and transducers; The present apparatus causes the destruction of microorganisms of any kind, both by the large fluctuation of the pressure of the main shockwaves and their impacts, as well as by the shockwaves 30 from the collapse of millions of microbubbles, generated by the three cavitation modalities. produces, also strong enough to break the cell membrane of any microorganism. It is a feature of the invention a sterilizing and purifying apparatus which uses as a driving force any pump capable of providing pressure greater than 50 kPa, as well as natural flow rates with a head above 5 mca, generating minimal pressure drop and dispensing electrical and electrical installation. whereas in circuits that already use pumps for circulation, filtration and discharge, especially water, can be installed in series and used during these activities with operation cost close to zero.

É característica da invenção um aparelho para esterilizar e purificar líquidos que provê todos os fenômenos associados à cavitação hidrodinâmica transiente, dentre eles: - a quebra de macromoléculas e moléculas de água;It is characteristic of the invention an apparatus for sterilizing and purifying liquids which provides all phenomena associated with transient hydrodynamic cavitation, including: - the breakdown of macromolecules and water molecules;

a pasteurização de alimentos líquidos e separação de proteínas, enzimas e outros materiais biológicos;pasteurization of liquid foods and separation of proteins, enzymes and other biological materials;

a homogeneização de líquidos, a dissolução de gases no meio líquido e a emulsificação de líquidos;the homogenization of liquids, the dissolution of gases in the liquid medium and the emulsification of liquids;

- a geração de potencial elétrico;- the generation of electric potential;

a ionização do líquido em tratamento e de objetos metálicos posicionados dentro do aparelho;ionization of the liquid under treatment and metallic objects positioned inside the apparatus;

- a prevenção da formação de incrustações em tubulações, especialmente as de origem calcária;- the prevention of scale formation in pipes, especially those of limestone origin;

- a decantação de partículas sólidas;- the decantation of solid particles;

a aceleração de reações químicas, incluindo as de esterificação e transesterificação na produção de biodiesel;the acceleration of chemical reactions, including esterification and transesterification in biodiesel production;

- a dissolução de micro e nanobolhas de ar ou outro gás em meio líquido.- the dissolution of micro and nanobubbles of air or other gas in liquid medium.

É característica da invenção um aparelho para gerar cavitação hidrodinâmica, hidrossônica de baixa frequência e ultrassônica transientes em um fluxo de líquido que estende a área de atuação das ondas de choque por toda a tubulação e mesmo para o interior dos reservatórios do líquido em tratamento quando esse fluxo é descarregado abaixo da linha d'água.It is a feature of the invention an apparatus for generating transient hydrodynamic, low frequency hydrosonic and ultrasonic cavitation in a liquid stream that extends the area of shockwave action throughout the tubing and even into the reservoirs of the liquid being treated when it is present. stream is discharged below the waterline.

E característica principal e especial da presente invenção um aparelho para esterilizar e purificar água, especialmente de piscinas de lazer, de spas, de ofurôs, de reservatórios de água para consumo humano e animal, de água de torres de resfriamento, de trocadores de calor e de caldeiras, além de produzir todos os demais fenômenos físicos e químicos inerentes à cavitação transiente de líquidos já mencionados.A major and special feature of the present invention is an apparatus for sterilizing and purifying water, especially from leisure pools, spas, hot tubs, water tanks for human and animal consumption, cooling tower water, heat exchangers and boilers, besides producing all other physical and chemical phenomena inherent to the transient cavitation of liquids already mentioned.

O aparelho é dotado de uma única peça móvel, de tamanho mínimo e peso reduzido, de fácil instalação, que pode ser fabricado com qualquer material de engenharia, incluindo termoplásticos de modo que tenha custo reduzido e seja totalmente reciclável.The appliance is fitted with a single, lightweight, lightweight, easy-to-install mobile part that can be manufactured from any engineering material, including thermoplastics so it is cost effective and fully recyclable.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

A descrição abaixo, assim como as figuras associadas têm por objetivo fazer entender bem a presente invenção a qual por elas não é limitada.The description below, as well as the associated figures, are intended to make the present invention well understood, which is not limited by them.

A figura 1 apresenta uma perspectiva do corte longitudinal da presente invençãoFigure 1 presents a perspective view of the longitudinal section of the present invention.

no seu modelo básico com um único conjunto de seção tubular em forma de Venturi (5) e modulador de fluxo (6).in its basic model with a single venturi-shaped tubular section assembly (5) and flow modulator (6).

A figura 2 apresenta uma vista em corte do modelo preferido o qual conta com mais de um conjunto de seção tubular em forma de Venturi (5) e modulador de fluxo (6).Figure 2 shows a cross-sectional view of the preferred embodiment which has more than one Venturi-shaped tubular section assembly (5) and flow modulator (6).

A figura 3 exemplifica, de modo esquemático, o ciclo de funcionamento do presente aparelho, mostrando na vista A, a formação de uma zona de baixa pressão a jusante do dito modulador de fluxo (6) onde ocorre a nucleação e o crescimento de microbolhas de vapor rarefeito no momento da obstrução da passagem de líquido e, na 20 vista B, o momento seguinte, quando a pressão acumulada do líquido é liberada e forma um pulso de alta pressão, implodindo as microbolhas.Figure 3 schematically exemplifies the operating cycle of the present apparatus, showing in view A, the formation of a low pressure zone downstream of said flow modulator (6) where nucleation and growth of microbubbles occurs. thin vapor at the moment of obstruction of the liquid passage and, in view B, the next moment, when the accumulated pressure of the liquid is released and forms a pulse of high pressure, imploding the microbubbles.

A figura 4 ilustra a maneira como as microbolhas de vapor rarefeito ( ) crescem e colapsam no interior de um volume de líquido submetido a emissão de ultrassom.Figure 4 illustrates the way the thin vapor vapor microbubbles () grow and collapse within a volume of liquid subjected to ultrasound emission.

A figura 5 mostra o ciclo de nucleação, crescimento e colapso das microbolhas ( ) em um volume sujeito a ação de ondas de pressão de baixa frequência, num único período de onda.Figure 5 shows the nucleation, growth and collapse cycle of microbubbles () in a volume subjected to low frequency pressure wave action over a single wave period.

A figura 6 mostra o espectro de uma gravação das ondas de pressão principais com frequência de 190 Hz e uma frequência secundária ultrassônica.Figure 6 shows the spectrum of a recording of the main pressure waves with frequency of 190 Hz and an ultrasonic secondary frequency.

A figura 7 mostra o desenho esquemático da disposição do injetor de gás () ou ar atmosférico.Figure 7 shows the schematic drawing of the gas injector () or atmospheric air arrangement.

A figura 8 exemplifica esquematicamente a disposição construtiva de um aparelho com regulagem externa de vazão e frequência. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃOFigure 8 schematically exemplifies the constructive arrangement of an apparatus with external flow and frequency regulation. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

O aparelho para esterilizar e purificar líquidos objeto da presente invenção produz cavitação hidrodinâmica, hidrossônica subsônica e hidrossônica ultrassônica simultaneamente e, através delas, ionização metálica e dissolução de micro e 5 nanobolhas de gás em um caudal de líquido em uma tubulação; compreende um corpo tubular (1) dotado de abertura (2) apropriada para ingresso do fluxo de líquido (3) a ser tratado e de outra abertura (4) para a saída desse líquido; na parte mediana, dito corpo tubular (1) aloja pelo menos um conjunto de peças, formado por uma seção tubular em forma de Venturi (5) no interior da qual é posicionado concentricamente uma peça dita 10 modulador de fluxo (6); dito modulador de fluxo (6) possui perfil curvo, preferencialmente oblongo, que, pelo menos na metade voltada a montante do caudal, tem a forma aproximada de uma ogiva truncada, cujo maior diâmetro externo é igual ou ligeiramente menor que o menor diâmetro interno da dita seção tubular em forma de Venturi (5), sendo dotado de um orifício cilíndrico longitudinal (7) através do qual é 15 mantido na posição por um eixo (8) que passa pelo centro geométrico da dita peça tubular em forma de Venturi (5) e que está fixado ao presente aparelho por, pelo menos, uma de suas extremidades (9); dito modulador de fluxo (6) é livre para deslizar sobre dito eixo (8), de modo que o seu movimento axial para dentro e para fora da dita peça tubular em forma de Venturi (5) resulte na diminuição ou no aumento da área de 20 passagem de líquido ou mesmo no fechamento total dessa área; o curso do dito modulador de fluxo (6) é limitado por peças de material elástico, preferencialmente um elastômero, ditas limitadores de curso (10); uma mola dita recuperadora (11) pressiona o modulador de fluxo (6) para o interior da peça tubular em forma de Venturi (5), ou seja, na posição parcialmente fechada, na qual é mantida apenas uma pequena área de 25 passagem para o líquido na forma de fenda anelar (12); quando dito modulador de fluxo (6) é pressionado pelo líquido, desloca-se a jusante, comprime dita mola recuperadora (11) e aumenta a área de passagem da dita fenda anelar (12), cujo perfil também mantém a forma de um Venturi, através da qual o líquido é acelerado, fazendo com que a pressão diminua, de acordo com o princípio de Bemoulli, ao ponto de produzir 30 microbolhas de vapor rarefeito (13), ou seja, cavitação; a brusca diminuição da pressão entre dita seção tubular em forma de Venturi (5) e dito modulador de fluxo (6) gera uma força superior à produzida pela pressão do fluxo de líquido que, somada à pressão da mola recuperadora (11), faz com que este (6) seja empurrado de volta para a posição inicial; a rápida diminuição da área de passagem provoca um pulso de pressão inercial que se soma à pressão inicial existente no caudal, seja ela proveniente de uma bomba ou de ação gravitacional, fazendo com que a velocidade do líquido aumente 5 exponencialmente em função da relação entre o aumento de pressão e diminuição da área de passagem; assim, dada a maior velocidade, mais forte é a queda de pressão e mais intensa a cavitação hidrodinâmica produzida no interior da dita fenda anelar (12); dessa forma, é consolidado um movimento oscilatório (flutter) de baixa frequência que é diretamente proporcional à pressão do sistema e da mola recuperadora (11) e 10 inversamente proporcional à massa do dito modulador de fluxo (6) e seu curso; durante um ciclo completo, não há interrupção da cavitação primária, mas tão-somente variação na sua intensidade. As rápidas e intermitentes interrupções parciais do fluxo de líquido produzem, na realidade, pequenos golpes hidráulicos (water hammer) parciais e controlados, que geram fortes ondas ditas de pressão ou de choque, constituídas de meio 15 período de onda de alta pressão, ou crista (14), e de outro meio período de onda de baixa pressão, ou cava (15), as quais se propagam no interior do aparelho e, menos intensamente, na tubulação, de conformidade com a fórmula de Allievi; esse trem de ondas se inicia e se propaga dentro de um tubo, dito tubo de ressonância (16), o qual se comporta como um ressonador de Helmhotz e é um prolongamento da dita seção 20 tubular em forma de Venturi (5); dito tubo de ressonância (16) é dotado de orifícios periféricos (17) para a liberação e o escoamento do fluxo de líquido (3) e termina em uma tampa, dita refletora (18), cujo plano é normal ao seu eixo longitudinal; dita tampa refletora (18) faz com que uma parcela das ondas de pressão que nela incidem sejam refletidas em sentido contrário, ou seja, de volta para dito modulador de fluxo (6), 25 estabelecendo, assim, um segundo sistema ressonante com frequência diretamente proporcional à celeridade de propagação das ondas de pressão no líquido, e inversamente proporcional ao comprimento do dito tubo de ressonância (16), podendo atingir facilmente frequências ultrassônicas acima de 20 kHz e fazer com que o presente aparelho também se comporte como um reator eletrônico de cavitação por ultrassom, ou 30 seja, a nucleação, o crescimento e o colapso de cada microbolha se estendem por vários períodos de onda (Fig. 4); já no sistema de baixa frequência, tipicamente situada abaixo de 1 kHz, no qual o intervalo de tempo que corresponde a cada passagem de cava (15) é relativamente longo, ultrapassando 0,0001”, ocorrem ciclos completos de cavitação transiente a cada período de onda (Figs. 5 e 6), os quais se repetem e se propagam ao longo da tubulação a montante e a jusante. Substancial incremento no rendimento e na eficiência do presente aparelho é obtido unindo linearmente mais de uma das ditas 5 seções tubulares em forma de Venturi (5) e mais de um dos ditos moduladores de fluxo (6), os quais são suportados por um mesmo eixo (8), como ilustra a figura 2. Dito tubo de ressonância (16) é inserido e fixado no interior do dito corpo tubular (1), mantendo um espaço ou câmara (19) entre a paredes internas deste (l)ea parede externa daquele (16), de modo que o líquido, ao deixar o interior do dito tubo de ressonância (16) 10 através dos ditos orifícios laterais (7), flua por esse espaço (18) até a abertura de saídaThe apparatus for sterilizing and purifying liquids object of the present invention produces hydrodynamic, subsonic hydrosonic and ultrasonic ultrasonic cavitation simultaneously and through them metal ionization and dissolution of micro and 5 nanobubbles of gas in a liquid flow in a pipe; comprises a tubular body (1) provided with an opening (2) suitable for ingress of liquid flow (3) to be treated and another opening (4) for the outlet of such liquid; in the middle part, said tubular body (1) houses at least one set of parts formed by a venturi-shaped tubular section (5) within which a so-called flow modulator part (6) is concentrically positioned; said flow modulator (6) has a curved, preferably oblong, profile which, at least in the upstream half of the flow, is approximately the shape of a truncated warhead, the largest outer diameter of which is equal to or slightly smaller than the smallest inner diameter of the said venturi-shaped tubular section (5) being provided with a longitudinal cylindrical bore (7) through which it is held in position by an axis (8) passing through the geometric center of said venturi-shaped tubular part (5) ) and which is attached to the present apparatus by at least one of its ends (9); said flow modulator (6) is free to slide on said axis (8), so that its axial movement into and out of said venturi-shaped tubular part (5) results in a decrease or increase of the area of 20 passage of liquid or even in the total closure of this area; the stroke of said flow modulator (6) is limited by pieces of elastic material, preferably an elastomer, said stroke limiters (10); said retrieving spring (11) presses the flow modulator (6) into the venturi-shaped tubular part (5), i.e. in the partially closed position, in which only a small area of passage is maintained to the annular slit liquid (12); when said flow modulator (6) is pressed by the liquid, it travels downstream, compresses said retrieval spring (11) and increases the passage area of said annular slot (12), whose profile also retains the shape of a venturi, by which the liquid is accelerated, causing the pressure to decrease, according to Bemoulli's principle, to the point of producing 30 rarefied vapor microbubbles (13), ie cavitation; the sudden decrease in pressure between said venturi-shaped tubular section (5) and said flow modulator (6) generates a force greater than that produced by the liquid flow pressure which, added to the recovery spring pressure (11), causes that it (6) is pushed back to the starting position; the rapid decrease in flow area causes an inertial pressure pulse that adds to the initial pressure in the flow, whether from a pump or gravitational action, causing the liquid velocity to increase 5 exponentially as a function of the ratio between increased pressure and decreased passage area; thus, given the higher velocity, the stronger the pressure drop and the more intense the hydrodynamic cavitation produced within said annular slit (12); thus, a low frequency flutter movement is consolidated which is directly proportional to the system pressure and the retrieving spring (11) and inversely proportional to the mass of said flow modulator (6) and its stroke; During a complete cycle, there is no interruption of the primary cavitation, but only variation in its intensity. Rapid intermittent partial interruptions in liquid flow actually produce small, controlled, partial water hammer strokes that generate strong pressure or shock waves consisting of a half-wave period of high pressure or crest. (14), and another low pressure half-wave period, or pit (15), which propagate within the apparatus and, less intensely, in the pipe, in accordance with Allievi's formula; This wave train begins and propagates within a tube, said resonance tube (16), which behaves like a Helmhotz resonator and is an extension of said venturi-shaped tubular section 20 (5); said resonance tube (16) is provided with peripheral holes (17) for the release and flow of liquid flow (3) and ends in a cap, said reflector (18), whose plane is normal to its longitudinal axis; said reflective cap (18) causes a portion of the pressure waves that impact on it to be reflected backwards, that is, back to said flow modulator (6), 25 thus establishing a second resonant system often directly proportional to the speed of propagation of pressure waves in the liquid, and inversely proportional to the length of said resonance tube (16), being able to easily reach ultrasonic frequencies above 20 kHz and make the present device also behave as an electronic ballast reactor. ultrasound cavitation, that is, the nucleation, growth and collapse of each microbubble extend over several wave periods (Fig. 4); whereas in the low frequency system, typically below 1 kHz, where the time interval corresponding to each pit pass (15) is relatively long, exceeding 0.0001 ”, complete transient cavitation cycles occur at each time period. (Figs. 5 and 6), which repeat and propagate along the upstream and downstream piping. Substantial increase in efficiency and efficiency of the present apparatus is obtained by linearly joining more than one of said 5 venturi-shaped tubular sections (5) and more than one of said flow modulators (6), which are supported by the same axis. (8) as shown in Figure 2. Said resonance tube (16) is inserted and fixed within said tubular body (1), maintaining a space or chamber (19) between the inner walls thereof (1) and the outer wall of that (16), so that the liquid, upon leaving the interior of said resonance tube (16) 10 through said side holes (7), flows through that space (18) to the outlet opening

(4), de maneira que dito tubo de ressonância (16) se mantenha envolto pelo líquido que cumpre a função de absorver a energia sonora por ele emitida e minimizar o ruído produzido pela cavitação.(4), so that said resonance tube (16) remains surrounded by the liquid which fulfills the function of absorbing the sound energy emitted by it and minimizing the noise produced by the cavitation.

A cavitação produzida no interior do dito tubo de ressonância (16) gera potencial elétrico entre este (16) e dito eixo (8) e (ou) dito corpo tubular (1), quando este é construído com materiais condutores de eletricidade, fazendo com que, além da erosão cavitacional provocada pelos bem conhecidos microjatos de líquido emitidos durante a implosão das microbolhas, haja erosão por eletrólise do dito tubo de ressonância (16), transformando-o em um ânodo de sacrifício; como a corrente gerada é alternada, um dispositivo eletrônico retificador de corrente (20) garante a passagem desta apenas em um sentido; quando o líquido em tratamento é a água, o uso de metais biocidas, como, por exemplo, o cobre e a prata, na construção do dito tubo de ressonância (16) possibilita a dissolução de íons desses metais no meio líquido, com o propósito de prevenir o desenvolvimento de microalgas e outros micro-organismos em reservatórios de água e acelerar o processo de purificação; essa ação residual é ampliada quando existe um eletrólito como o NaCl dissolvido na água, que, como resultado do colapso das microbolhas e da geração de cargas elétricas, incrementa sinergeticamente o processo de eletrólise, aumentando as trocas iônicas e produzindo a dissolução de hipoclorito de sódio e cloreto de cobre (algicida e fungicida) na água. A forte vibração ressonante de que é parte dita tampa refletora (18) possui energia mecânica suficiente para acionar um gerador de eletricidade eletrostático, eletromagnético ou piezoelétrico, capaz de produzir potência elétrica adicional e utilizá-la no processo de eletrólise; também a injeção de um pequeno volume de ar atmosférico na região de baixa pressão (21) da dita seção tubular em forma de Venturi (5) é usada para acelerar o processo de oxi-redução; para que isso ocorra, o presente dispositivo conta com um tubo dito injetor de gás (22), que conecta o interior da zona de baixa pressão (21) da dita seção tubular em forma de Venturi (5) com o exterior do aparelho, de modo que possa aspirar o ar atmosférico com a força da pressão barométrica local ou que nele seja introduzido qualquer outro gás desejado, que será dissolvido no líquido, em grande parte na forma de micro e nanobolhas (23), ou seja, preenchendo parcialmente a nuvem de microbolhas de cavitação (13) geradas; dito injetor de gás (22) conta, na sua extremidade externa, com uma válvula de retenção (check valve) (24), cuja função é impedir vazamentos de líquido durante o tempo em que o presente aparelho permanece desligado, e uma válvula pneumática reguladora de vazão (25), a qual permite regular a quantidade de gás a ser dissolvido no meio líquido. Quando o presente aparelho é utilizado em operações que exijam ajustes constantes de frequência e amplitude e vazão, dito eixo (8) é prolongado para fora do dito corpo tubular (1) através da tampa refletora (18), onde possui meios de manipulação (26) e de fixação (9) que permitem ajustes, preferencialmente através de rosca (27), de maneira que permita aumentar ou diminuir tanto a distância entre dito modulador de fluxo (8) e dita seção tubular em forma de Venturi (5), variando a área de passagem da dita fenda (12) e a pressão da dita mola recuperadora (11).The cavitation produced within said resonance tube (16) generates electrical potential between this (16) and said axis (8) and (or) said tubular body (1) when it is constructed of electrically conductive materials, causing whereas in addition to cavitational erosion caused by well-known liquid microjets emitted during microbubble implosion, there is erosion by electrolysis of said resonance tube (16), turning it into a sacrificial anode; As the generated current is alternated, an electronic current rectifier device (20) ensures that the current is passed in only one direction; when the liquid being treated is water, the use of biocidal metals, such as copper and silver, in the construction of said resonance tube (16) enables the dissolution of ions of these metals in the liquid medium, with the purpose of to prevent the development of microalgae and other microorganisms in water reservoirs and to accelerate the purification process; This residual action is magnified when there is an electrolyte such as NaCl dissolved in water, which, as a result of microbubble collapse and electric charge generation, synergistically enhances the electrolysis process, increasing ion exchange and producing sodium hypochlorite dissolution. and copper chloride (algicide and fungicide) in water. The strong resonant vibration that is part of said reflective cap (18) has sufficient mechanical energy to drive an electrostatic, electromagnetic or piezoelectric electricity generator capable of producing additional electrical power and utilizing it in the electrolysis process; also the injection of a small volume of atmospheric air into the low pressure region (21) of said venturi-shaped tubular section (5) is used to accelerate the oxy-reduction process; For this to occur, the present device has a gas injector tube (22) which connects the interior of the low pressure zone (21) of said venturi-shaped tubular section (5) with the exterior of the apparatus. so that it can draw in atmospheric air with the force of the local barometric pressure or that any other desired gas is introduced into it, which will be dissolved in the liquid, largely in the form of micro and nanobubbles (23), ie partially filling the cloud. cavitation microbubbles (13) generated; said gas injector (22) at its outer end has a check valve (24), the function of which is to prevent liquid leakage during the time the present apparatus remains off, and a pneumatic regulating valve flow rate (25), which allows to regulate the amount of gas to be dissolved in the liquid medium. When the present apparatus is used in operations requiring constant frequency and amplitude and flow adjustments, said axis (8) is extended out of said tubular body (1) through the reflective cap (18), where it has handling means (26). ) and fixing (9) allowing adjustments, preferably by thread (27), so as to increase or decrease both the distance between said flow modulator (8) and said venturi-shaped tubular section (5), varying the passage area of said slot (12) and the pressure of said retrieving spring (11).

A combinação da cavitação por aceleração do fluxo de líquido (3) através de uma fenda (12) é produzida, no presente aparelho, de modo pulsante, atingindo, nos picos de maior pressão a montante e menor área de passagem, velocidades e dentro dos parâmetros da chamada supercavitação.The combination of cavitation by acceleration of liquid flow (3) through a slot (12) is produced in the present apparatus in a pulsating manner, reaching, at the peaks of higher upstream pressure and smaller passage area, velocities and within parameters of the so-called overcavitation.

Claims

1. Apparatus for the purification and processing of liquids by means of cavitation, which uses only the hydrodynamic energy produced by the pressure and flow of a moving liquid in a pipe, which consists of: -a tubular body (1) fitted with at least one opening (2) suitable for entering the flow of liquid (3) to be treated and at least one other opening (4) for the outlet of such liquid; at least one set of parts housed in the middle part of said tubular body (1), formed by a venturi-shaped tubular section (5) and an oblong profile device positioned concentrically therein (5), the largest of which outer diameter is equal to or slightly smaller than the smallest inner diameter of said venturi-shaped tubular section (5) and is provided with a longitudinal cylindrical hole (7) through which it is held in position by an axis (8) passing through geometric center of said venturi-shaped tubular part (5) and which is attached to the present apparatus by at least one of its ends (9); stroke limiting devices (10) constructed of elastic material, supported by the shaft (8) and positioned close to the longitudinal ends of said flow modulator, allowing it to move longitudinally about the shaft (8) in limited stroke; -a spring, said recuperator (11), involving said downstream stroke limiter (10) arranged to press said upstream flow modulator; a tube, said resonance tube (16), which is an extension of said venturi-shaped tubular section (5), which at the opposite end is limited by a cap, said reflector (18), and is provided with peripheral holes (17) for discharging the liquid which is made into the space between the outer wall of this tube (18) and the inner wall of said tubular body (1);

Cavitation apparatus for purifying and processing liquids as described in claim 1, characterized in that it is configured such that said flow modulator (6) can increase the flow area of the liquid which is shaped like annular slit (12) by moving downstream out of said venturi-shaped tubular section (5) and conversely decreasing or even closing said slit (12) by moving upstream, i.e. into said tubular section (5), causing, during shrinkage of the annular slit (12), the pressure of the liquid to increase strongly upstream, causing a corresponding increase in the flow rate of the fluid and the intensity of the cavitation, up to that this pressure pulse overcomes the motion inertia of said flow modulator (6) and push it downstream, restoring the flow and the initial velocity of the liquid, which causes strong depression within said annular slot (12), which , with help the pressure of said retrieval spring (11) drives the flow modulator (6) upstream again, consolidating an oscillatory motion whose frequency is directly proportional to the fluid flow energy (3) and the force of the retrieval spring (11) and vice versa. proportional to the stroke length and mass of said flow modulator (6) producing pulsed intensity hydrodynamic cavitation.

Cavitation apparatus for purifying and processing liquids as described in claims 1 and 2, characterized in that it produces at the moment of each partial interruption of the flow of liquid (3) a strong upstream pressure pulse (14) in the form of a partial hydraulic shock and strong depression (15) downstream from the point of smaller passage area of said annular slit (12) and, at the moment of release of this flow (3), strong pressure pulse (14) downstream low pressure wave (15) of lower intensity upstream, thus establishing a resonant wave motion of subsonic frequency and large amplitude, which propagates and in both directions.

Cavitation apparatus for purifying and processing liquids as described in the preceding claim characterized in that it produces ultrasonic resonant wave motion within said resonance tube (16) by partially reflecting said subsonic frequency pressure waves in said cap reflective (18).

Cavitation apparatus for purifying and processing liquids as described in claims 3 and 4, characterized in that it produces transient hydrosonic cavitation which comprises nucleation, growth and collapse of rarefied vapor microbubbles at each frequency wave period. subsonic (Fig. 5 and 6) and so-called ultrasonic cavitation where the nucleation, growth and collapse cycle of the microbubbles extends over various wave periods (Fig. 4).

Cavitation apparatus for purifying and processing liquids as described in claim 1, characterized in that it has more than one venturi-shaped tubular section assembly (5) and flow modulator (6) which are longitudinally joined, forming a single tubular section with more than one Venturi-shaped choke (5-A) and a flow modulator with more than one truncated warhead-shaped lump (6-A).

Cavitation apparatus for purifying and processing liquids, in particular for sterilization and water purification as described in claim 1, characterized in that said resonance tube (16) constructed of algicidal, fungicidal and bactericidal metal alloys is provided. that, due to the electrical potential produced by the cavitation, is converted into a sacrificial anode capable of participating in the electrolytic process and releasing ions of these metals in the liquid flow.

Apparatus for purifying and processing liquids by means of cavitation, in particular for sterilization and water purification of recreational pools and the like, as described in the preceding claim, characterized in that it is capable of disrupting large quantities of water and recombinant molecules. them as oxidizing radicals such as OH- and H202.

Apparatus for purifying and processing liquids by means of cavitation, in particular for sterilization and water purification of recreational pools and the like, as described in claims 7 and 8, characterized by being able to make from water containing NaCl dissolved, electrolysis process and also disruption and recombination of the molecules of the salt elements with those of the water by the collapse of the cavitation microbubbles, so that one of these recombinations produces sodium hypochlorite in the liquid flow (3) in proportional quantities. the power supplied to this appliance.

10. Apparatus for the purification and processing of liquids by means of cavitation, characterized in that it allows the dissolution of gas micro and nanobubbles (23) in the liquid flow, including atmospheric air, partially filling the rarefied vapor microbubbles (13) generated by this invention. For this purpose, it has a tube, said injector (22), which connects the interior of the low pressure zone (21) of said venturi-shaped tubular section (5) with the exterior of the apparatus, where it has a check valve (24) to prevent liquid leaks and a flow regulating valve (25) to dose the amount of gas to be dissolved.

11. Apparatus for purifying and processing liquids by means of cavitation, characterized in that the frequency adjustment and adjustment is possible by means of an extension of the shaft (8) which extends beyond said reflective cap (18) where it is supported by a means which permit adjustment, preferably by thread (27), so as to permit longitudinally approaching or retraction of said flow modulator (6) from said venturi-shaped tubular section (5) during operation, and which can be handled with suitable means (26) fixed to the outer end of the shaft (8).

12. Apparatus for purifying and processing liquids by means of cavitation, characterized in that it produces strong vibration in the central portion of said reflective cap (18), the power of which is sufficient to drive small linear electricity, electromagnetic or piezoelectric generators and to employ the resulting electromotive force. to increase the intensity of the electrolysis process, trigger beacons and send data to electronic processors, including flow meters.

13. Apparatus for the purification and processing of liquids by means of cavitation, characterized by synergistically generating and combining three transient cavitation modes simultaneously: pulsed intensity hydrodynamics, subsonic frequency hydrosonics and ultrasonic cavitation, to achieve high efficiency and control the noise caused by passing through the flow of treated liquid through a space or chamber (19) disposed around said resonance tube, causing the liquid to acoustically isolate it, absorbing energy.

14. Apparatus for purging and processing liquids by means of cavitation, characterized in that it generates useful cavitation even when driven by low pressure liquid flows (3) from 50 kPa onwards, as it accumulates pressure through partial hydraulic strokes and so on. Print high-speed pulses to the liquid flow (3) that exceed the minimum parameters of the so-called overcavitation, being able to reduce the pressure below the water vapor point even at temperatures close to 0 ° C.

15. Apparatus for purifying and processing liquids by means of cavitation, characterized in that it generates pressure or shock waves (14) of sufficient power to inactivate any type of micro-organism and produces with high efficiency all other inherent phenomena. cavitation processes, including: the breakdown of macromolecules and water molecules; - pasteurization of liquid foods and separation of proteins, enzymes and other biological materials; - homogenization of liquids, dissolution of gases in the liquid medium and emulsification of liquids; - the generation of small electric potential; ionization of the liquid under treatment and of metallic objects immersed inside the apparatus; - the prevention of scale formation in pipes, especially those of limestone and biological origin; - the decantation of solid particles; the acceleration of chemical reactions, including esterification and transesterification in biodiesel production;