BR102013032646B1 - Disposição construtiva aplicada á tecnologia de bico pneumático eletrostático - Google Patents

Abstract

DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA APLICADA À TECNOLOGIA DE BICO PNEUMÁTICO ELETROSTÁTICO A presente invenção trata de novas disposições construtivas aplicadas à tecnologia de bicos de pulverização eletrostática que empregam a eletrificação por indução. A construção de elementos componentes em material altamente isolante e hidrofóbico, a redução das dimensões do eletrodo metálico de indução, o arranjo de ligação do referido eletrodo de indução à fonte de alta tensão estabelecido fora da região periférica da capa de ar, e a melhoria do sistema de aterramento pela inclusão de fio condutor metálico embutido no interior conduto de calda, se constituem das disposições construtivas que resultam em melhor eficiência operativa do bico pulverizador e no melhor resultado de deposição do jato de pulverização. Tais melhores resultados de eficiência estão relacionados à redução do molhamento das superfícies externas do bico e à obtenção de maior intensidade nos níveis de carga e de corrente no jato de gotas. O novo arranjo construtivo proposto para as conexões de suprimento elétrica, hidráulica e pnemática, caracterizado por o cabo de alta tensão e o conduto de calda encontrarem-se embutidos no interior do conduto de ar comprimido, se constitui da disposição construtiva que resulta em maior segurança de operação, uma vez (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÁO

[001] A presente invenção se situa no campo da pulverização eletrostática com o uso de bicos pneumáticos. O crescente interesse no emprego da pulverização eletrostática para, dentre outros usos possíveis, aplicação de defensivos agrícolas, reside no fato de se obter maior eficiência de deposição, uma vez que as gotas carregadas eletricamente são atraídas fortemente para as superfícies das plantas, direcionando-as efetivamente para o alvo de interesse. Considerando não haver a perda excessiva de defensivo para o solo como ocorre com uso da pulverização convencional, obtém-se uma redução expressiva do volume necessário de calda de agrotóxicos, bem como dos custos para o manejo de pragas na lavoura.

[002] O objeto da presente invenção diz respeito a uma nova disposição construtiva aplicada à tecnologia de bicos pneumáticos eletrostáticos que empregam a eletrificação por indução. A nova disposição construtiva se caracteriza, fundamentalmente, pelo arranjo de estruturação entre as ligações elétricas, hidráulica e pneumática, pela configuração do eletrodo de indução e seu arranjo de ligação à fonte de alta tensão, pela modificação do sistema de aterramento, e pelo emprego de material isolante na construção de elementos específicos componentes do bico pulverizador. O conjunto de tais disposições construtivas resulta (i) no aumento na eficiência de operação do dispositivo pulverizador em si e na deposição resultante, por reduzir o molhamento das superfícies externas do corpo do bico pela inibição de formação de campo eletrostático externo expressivo e por promover a obtenção de uma maior relação carga/massa no jato de gotas, e (ii) no aumento da segurança na atividade de pulverização eletrostática por reduzir os ricos com descargas elétricas.

[003] A concretização de bico pneumático eletrostático da presente invenção é indicada particularmente para pulverizar líquidos condutores ou miscíveis em água, e destina-se, preferencialmente, mas não de forma restritiva, à aplicação de agrotóxicos, podendo ser utilizada em equipamentos de pulverização do tipo pistola para uso individual, em equipamentos estáticos com vários bicos para tratamentos sanitários, ou em pulverizadores eletrostáticos transportados por tratores.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[004] A principal técnica atual de aplicação de agrotóxicos agrícolas caracteriza-se pelo emprego de bicos hidráulicos, cujos princípios de funcionamento foram desenvolvidos no século XIX. Esses bicos foram desenvolvidos como dispositivos capazes de produzir jatos de líquido em alta velocidade em finas lâminas, que se rompem em gotas quando atingem a atmosfera. As gotas formadas conseguem manter alguma velocidade após a formação, mas rapidamente desaceleram e adquirem movimento descendente com velocidades de queda que dependem de suas massas. Para determinados tamanhos de partículas líquidas formadas, a trajetória das gotas é alterada pelos ventos, e para outras, a evaporação acelerada faz com que as partículas não atinjam o alvo desejado. Como consequência destes aspectos, as aplicações de defensivos praticadas atualmente resultam extremamente desperdiçadoras, e pesquisas têm apontado que a deposição efetiva agrotóxicos nas culturas raramente ultrapassa 50% do volume aplicado.

[005] O uso de gotas com carga eletrostática tem se mostrado uma técnica promissora para aumentar a deposição de agrotóxicos nas plantas. Quando uma nuvem de partículas carregadas eletricamente se aproxima de uma planta, ocorre o fenômeno da indução, de modo que a superfície do vegetal adquire cargas elétricas de sinal oposto ao das gotas. Como consequência, a planta atrai fortemente as partículas líquidas, promovendo assim uma melhoria na deposição, inclusive na página inferior das folhas. Observa-se também outro fenômeno importante, caracterizado pela repulsão mútua entre as gotas. Uma vez que possuem cargas da mesma polaridade, tem-se como efeito resultante uma melhoria na distribuição do defensivo nas plantas, considerando um maior espalhamento das gotas pulverizadas. Aspecto extremamente relevante é que a atração eletrostática tem relação inversa ao tamanho das gotas, sendo, portanto, o efeito intensificado para gotas com diâmetros inferiores a 100 micrômetros.

[006] Algumas pesquisas têm revelado que o emprego da eletrostática para aplicação de defensivos agrícolas pode reduzir com facilidade em mais de 50% os ingredientes ativos recomendados nos tratamentos fítossanitários, sem reduzir a eficácia biológica. Além de melhorar a eficiência no controle de pragas e doenças, a pulverização eletrostática reduz os efeitos colaterais dos agrotóxicos sobre aqueles organismos que vivem no solo, considerando que as perdas de defensivo para o solo podem ser 20 vezes menores do que as que ocorrem em uma pulverização convencional.

[007] Atribui-se à reduzida taxa de emprego da eletrostática para aplicação de agrotóxicos a dificuldade tecnológica de se obter gotas com intensidade de carga adequada para um aumento expressivo na eficiência de deposição. Uma pesquisa realizada por Chaim et al (Eficiência de deposição de agrotóxicos obtida com bocal eletrostático para pulverizador costal motorizado. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, DF, v. 37, n. 497501, p. 963-969, 2002) demonstra que para cada incremento de carga de 1 mC/kg ocorre um aumento de 10% na deposição de calda nos alvos desejados. Considerando a grande variabilidade dos fatores que afetam as deposições de agrotóxicos nas plantas, o efeito positivo da deposição eletrostática se manifesta com cargas a partir de 2 mC/kg.

[008] E de conhecimento geral alguns processos utilizados para eletrificar as gotas de pulverização, tais como: a) o sistema de carga por indução com eletrificação direta, no qual o líquido é diretamente conectado a uma fonte de alta tensão e as gotas adquirem carga quando existe um corpo aterrado na proximidade do bico; b) o sistema de carga por indução indireta, onde o líquido é aterrado e a eletrificação da gota ocorre no momento de sua formação devido à existência de um eletrodo de alta tensão mantido próximo à zona de formação de gotas, ou c) pelo sistema de carga por efeito corona, quando um eletrodo pontiagudo ioniza o ar próximo às gotas, que por sua vez ficam carregadas quando se chocam com as moléculas de ar ionizadas.

[009] A eletrificação de gotas utilizando bicos hidráulicos apresenta-se problemática para os sistemas de carregamento elétrico tanto por efeito corona, quanto por indução com ou sem aterramento do líquido. No sistema de carga por efeito corona, se faz necessária a utilização de tensões extremamente elevadas, com corrente elétrica na ordem de alguns miliampères, o que pode ocasionar descargas elétricas perigosas. Com o processo por efeito corona, somente gotas muito pequenas, ou seja, menores do que 10 micrômetros, conseguem receber cargas com intensidade suficiente para uma eletrodeposição adequada.

[010] No sistema por indução, onde o líquido é mantido aterrado, as gotas normalmente adquirem cargas de sinal oposto ao eletrodo de indução, e são, portanto, atraídas em sua direção, provocando intenso molhamento do bico e o sistema entra em colapso rapidamente. Neste processo de eletrificação por indução com líquido aterrado, é possível a utilização de voltagens relativamente baixas para obtenção de carga das gotas, desde que seja utilizado algum artifício para manter o eletrodo de indução livre de umidade. Uma solução que tem sido amplamente empregada é a utilização de bicos de pulverização pneumática, onde o ar comprimido propelido em alta velocidade, além de provocar o rompimento da calda em gotas de pulverização, funciona matendo o eletrodo de indução seco devido à formação de uma “capa de ar”.

[011] O documento de patente US 3,698,635 descreve um bico pneumático eletrostático no qual um pequeno eletrodo de indução tubular circunda a ponta de emergência do líquido de pulverização, posicionado de tal forma que uma pequena extensão tubular se projeta para a região de formação das gotas. Esse dispositivo trabalha com tensões entre 7.000 e 10.000 Volts, com corrente abaixo de 20 microamperes. De maneira semelhante, o documento US 3,802,625 apresenta um dispositivo para carregar ou descarregar o potencial eletrostático de um corpo através de pulverização de gotas ionizadas. A este dispositivo está associado um pequeno eletrodo auxiliar para promover a eletrificação por indução, posicionado externamente ao dispositivo, de seção cilíndrica tubular e posicionado na zona de formação de gotas, operando com 9.000 Volts. Tal tecnologia se caracteriza por promover a formação das gotas em uma zona imediatamente externa ao dispositivo. Já a tecnologia descrita no documento US 4,004,733 se caracteriza por uma adaptação do dispositivo objeto da patente US 3,802,625, apresentando um bico pneumático de mistura interna, dotado de um pequeno eletrodo de indução embutido na capa de ar. A capa de ar do bico é constituída de material isolante e apresenta um pequeno estrangulamento na saída de mistura ar/gotas, com finalidade de melhorar a convergência do jato de gotas. Tal configuração de bico pneumático possibilitou a obtenção de uma relação carga/massa superior a 7 mC/kg, para uma vazão de líquido de 60 mL/min e tensão de trabalho de 3.000 Volts. O documento de patente US 4,343,433 apresenta, em novo desenvolvimento do mesmo inventor da tecnologia descrita em US 3,698,635, um cabeçote de pulverização para utilização com bico pneumático convencional adequado para sistema de eletrificação por indução, o qual dispõe de um meio de formação de gotas que inclui um anulus de pulverização secundário, operando na faixa de tensão entre 2.000 e 10.000 Volts. Tal documento confere ao segundo anulus a capacidade de minimizar a deposição de gotas eletrificadas nas superfícies do corpo do bico e, por conseguinte, reduzir seu molhamento. O bocal de pulverização elestrostática descrito pelo documento US 4,664,315 emprega um eletrodo que recobre parcialmente a ponta de emissão do jato de calda, e cuja tensão de operação estabelece-se em torno de 1.000 V, porém sendo seu diferencial o fato de a corrente de calda ser impactada por corrente de ar em movimento espiral, gerada através uma placa rotacional dotada de canais de ar. O documento US 5,765,761 descreve uma tecnologia de bico pneumático eletrostático obtida a partir de modificações promovidas com base no bico da patente US 4,004,733, obtendo como resultado a elevação da relação carga/massa para 10 mC/kg, operando com tensão de 1.400 V.

[012] Vários desenvolvimentos tecnológicos para pulverização eletrostática usando bicos pneumáticos vêm sendo apresentados ao longo dos anos para melhorar aspectos de desempenho e segurança. Entre os mais relevantes, pode-se citar a obtenção de maior relação carga/massa na eletrificação das gotas de pulverização (aumento da intesidade de carga nas gotas) e a redução do molhamento das superfícies externas do bico, para aumentar a efiência de operação e de deposição, e melhorias de aspectos de construtividade e de proteção para redução de riscos com descargas elétricas.

[013] Embora o ar comprimido expelido trabalhe promovendo o afastamento das gotas eletrificadas do eletrodo, ainda assim observa-se a existência de um efeito negativo de as gotas serem atraídas para o corpo do bico em função do forte campo eletrostático criado pelo eletrodo de indução. Esse fenômeno provoca o molhamento da superfície externa do bico, formando uma película líquida condutora. A instauração de tal película pode promover a interligação de uma região aterrada a uma região eletrificada com alta tensão, provocando um curto circuito. Além disso, o acúmulo de molhamento superficial do bico tende a gerar uma condição de gotejamento e, portanto, representando perda de calda e ineficiência operativa do dispositivo pulverizador. A utilização de material altamente isolante e com propriedades altamente hidrofóbicas para a construção de partes do bico, como propõe a presente invenção, se mostra uma solução interessante para ajudar a promover o rompimento da continuidade da película líquida, minimizando assim o molhamento externo. Estudos de laboratório demostraram que o politetrafluoretileno (PTFE) apresenta excelentes qualidades mecânicas e elétricas, além de conferir alta resistência à molhabilidade.

[014] A redução das dimensões do eletrodo de indução também detém influência direta sobre o efeito negativo de retomo das gotas. Considerando que quanto menor a significância dimensional de um corpo menor é a intensidade do campo eletrostático por ele gerado, o emprego de um eletrodo de indução de características dimensionais reduzidas promoverá a redução do efeito negativo de retorno das gotas em direção ao bico, uma vez que o campo eletrostático gerado será de menor intensidade. Reduzindo-se o efeito de retomo das gotas, reduz-se, por consequência direta, o molhamento das superfícies externas do bico. Em relação às características dimensionais de eletrodos de indução de bicos de pulverização eletrostática do estado da técnica, a presente invenção propõe a utilização de eletrodro de indução com características dimensionais bastante reduzidas, caracterizando-o como um microeletrodo, objetivando a redução dos efeitos do campo eletrostático sobre as superfícies exteriores do bico pulverizador.

[015] Outro aspecto de relevante influência no efeito negativo de retomo das gotas, e que, portanto, deve ser especialmente considerado no projeto de bicos pneumáticos eletrostáticos, está relacionado ao arranjo de ligação do eletrodo de indução à fonte de alta tensão, e a respectiva disposição de tal arranjo em relação aos demais componentes e interfaces no interior do bico. Um dos problemas observados nas concretizações de bicos pulverizadores conhecidas deve-se, além das grandes proporções dimensionais dos elementos metálicos condutores, ao arranjo de ligação do eletrodo de indução com a alta tensão se estabelecer passando pela região periférica da capa ar, ou seja, a uma profundidade interna muito próxima à superfície externa no bico. Desta condição, mesmo a capa de ar tendo seus componentes constituídos em material isolante, há grande influência do campo eletrostático gerado pelos elementos metálicos condutores (eletrodo de indução e demais elementos utilizados para estruturar a ligação deste à alta tensão) sobre a superfície do bico. Bicos pulverizadores nos quais se observa tal configuração espacial interna de ligação do eletrodo à alta tensão tendem a apresentar maior molhamento superficial, provocado pelo efeito negativo de retorno das gotas uma vez que a influência do campo eletrostático sobre as faces externas do bico não é suficientemente inibida ou reduzida. Pela presente invenção, o arranjo de ligação do eletrodo de indução à alta tensão se estabele fora da região periférica da capa de ar, de modo que um distanciamento importante é estabelecido entre os elementos metálicos condutores e as superfícies externas do bico; tal disposição define importante redução da influência do campo eletrostático sobre as faces externas do bico, resultanto na inibição do efeito negativo de retomo das gotas e, portanto, do molhamento externo.

[016] Com relação ao nível de intensidade de carga e de corrente observado nas gotas produzidas pelo processo de indução eletrostática utilizando bicos pneumáticos, sabe-se que o modelo utilizado para o aterramento do sistema confere influência significativa na magnitude da intensidade de carga obtida. Uma das formas de aterramento comumente utilizada é aquela na qual a calda é aterrada. Entretando, como líquidos apresentam menor condutividade que outras substâncias e materiais, como por exemplo, comparativamente aos metais, a resistência oferecida para o transporte de carga é consequentemente maior, logo, a transferência de carga é menos eficiente. De acordo com estudos realizados sobre tal influência, observou-se melhoria expressiva na intensidade de carga e de corrente no jato de gotas com a utilização de um condutor metálico instalado no interior do conduto de calda. A presente invenção propõe a inclusão de um fio metálico condutor embutido no conduto de calda, ligando o tanque reservatório de calda aterrado ao bico de pulverização. O melhor resultado deste arranjo deve-se à maior condutividade do elemento metálico em relação à calda; sendo o transporte de carga mais eficiente, a polarização das cargas na calda é maximizada e, desta forma, o jato de pulverização, formado pelo rompimento da calda em gotas, apresentará maior intensidade de carga e de corrente, resultando em maior eficiência de deposição.

[017] Configurações construtivas conhecidas para fornecimento de energia, calda e ar comprimido ao cabeçote de pulverização, em sua maioria, apresentam bicos pneumáticos eletrostáticos dotados de conexões complementamente segregadas, ou seja, uma conexão para o fornecimento de ar comprimido, uma conexão para o fornecimento de calda de pulverização, uma conexão elétrica para fornecimento de alta tensão e, em alguns casos, uma conexão de aterramento. Neste tipo de arranjo, muitas vezes os condutos e fiações ficam expostos a atritos com plantas e demais intempéries, provocando, portanto, o deterioramento dos mesmos com facilidade, além de incorrer no risco de rupturas. Uma forma de sanar tal problema, proposta pela presente invenção, se refere a arranjos construtivos pelos quais se reduz o número de conexões segregadas expostas, estabelecendo, preferencialmente, apenas uma conexão envoltória, congregando as demais em seu interior. Tal configuração, além de aumentar a segurança de operação por estabelcer menor oportunidade de contato manual com conexões que fornecem risco, como a de alta tensão, promove a melhor proteção dos componentes contra intempéries, bem como resulta em um dispositivo de geometria e superfícies externas mais contínuas, melhorando, por exemplo, aspectos de ergonomia com relação ao manuseio.

[018] Apesar de os bicos pneumáticos eletrostáticos operarem com altos níveis de tensão, a tentativa de se empregar magnitudes relativamente mais amenas de tais níveis se constitui de aspecto importante, uma vez que promove menor consumo de baterias para a alimentação de energia aos dispositivos bem como representa redução no nível de risco associado à operação dos mesmos. Contudo, alguns bicos pneumáticos do estado da técnica, apesar de já apresentarem o emprego de níveis de tensão substancialmente reduzidos, entre 1 kV e 3 kV, suas operações entregam resultados de intensidade de carga das gotas insuficiente para que a deposição se mostre efetiva. Promovendo alterações de geometria e de disposição dos elementos, e do arranjo de ligação do eletrodo de indução à alta tensão, conforme alterações propostas pela presente invenção, é possível manter o suprimento de alta tensão em magnitudes relativamente baixas, entre 1 kV e 3 kV, e ainda assim obter resultados excelentes de indução eletrostática. Ou seja, viabiliza-se obter alta intensidade de carga e de corrente no jato de pulverização, representando maior eficiência de deposição, sem necessariamente onerar o consumo de energia.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[019] A presente invenção trata de novas disposições construtivas aplicadas à tecnologia de bicos de pulverização eletrostática que empregam a eletrificação por indução. Tais disposições construtivas objetivam, essencialmente, obter melhor eficiência de operação do bico e no resultado de deposição do jato de pulverização, e promover melhoria dos aspectos de segurança de operação do dispositivo.

[020] A eficiência operativa de bicos pneumáticos eletrostáticos a que se refere a presente invenção está associada primordialmente à redução do molhamento externo das superfícies do bico, e à eficiência no resultado de deposição associada à obtenção de maior intensidade nos níveis de carga e de corrente no jato de gotas. A presente invenção propõe, como soluções para redução do efeito negativo de retorno das gotas em direção às superfícies externas do bico e para obtenção de maior intensidade de carga no jato de pulverização, a construção de elementos componentes em material altamente isolante e hidrofóbico, a redução das dimensões do eletrodo metálico de indução caracterizando-o como um microelétrodo, novo arranjo de ligação do referido eletrodo de indução à fonte de alta tensão de modo que a disposição interna do mesmo se estabeleça fora da região periférica da capa de ar, e a melhoria do sistema de aterramento pela inclusão de fio condutor metálico embutido no interior conduto de calda, ligando o reservatório de calda aterrado ao bico de pulverização.

[021] Com respeito aos aspectos de segurança associados à operação de bicos de pulverização eletrostática, os riscos observados estão principalmente relacionados às conexões de suprimento hidráulica, pneumática e, de especial relevância, a elétrica, considerando as altas magnitudes dos parâmetros elétricos aplicados e os riscos de curto circuito e descargas elétricas. A presente concretização de bico pneumático eletrostático propõe novo arranjo construtivo para as conexões elétrica, hidráulica e pneumática, de modo que o cabo condutor de alta tensão e o conduto de calda encontram-se embutidos no interior do conduto de ar comprimido. Tal arranjo, comparado à configuração comumente utilizada de conexões segregadas, além de conferir maior segurança pela não exposição direta da conexão de alta tensão, confere maior proteção das conexões contra intempéries, bem como resulta em maior continuidade de geometria, melhorando aspectos de ergonomia e de interface com o meio externo. As superfícies externas do bico com as quais se mantém contato manual também se constituem em oportunidades de submissão a riscos elétricos. A utilização de material altamente isolante e hidrofóbico para a construção de elementos estruturais do cabeçote pulverizador, além de reduzir o efeito negativo de retorno das gotas, ajuda a previnir o risco de choques por contato com as superfícies externas do cabeçote pulverizador. A utilização de magnitudes relativamente baixas para o fornecimento de alta tensão, entre 1 kV e 3 kV, também representa, em termos relativos, uma operação de menor risco, além de reduzir o consumo de energia.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[022] Figura 1 - vista em corte da capa de ar (1), mostrando a disposição interna dos seus respectivos componentes estrutura envoltória externa (la) dotada de orifício de escape de ar (S), eletrodo metálico de indução (1b), anel metálico de contato (ic) e canal central de ar (ld).

[023] Figura 2 - vista explodida da capa de ar (1), mostrando as principais dimensões e indicando a sequência de montagem dos elementos que a compõem - estrutura envoltória externa (la) dotada de orifício de escape de ar (S) e receptáculo (R), eletrodo metálico de indução (1b), anel metálico de contato (lc) e canal central de ar (ld).

[024] Figura 3 - vista em corte mostrando o acoplamento entre o núcleo do bico (2), a capa de ar (1) e a agulha metálica de contato (4). São identificados elementos da capa de ar, estrutura envoltória externa (la) dotada de orifício de escape de ar (S), eletrodo metálico de indução (1b), anel metálico de contato (1c) e canal central de ar (ld), e elementos do núcleo do bico (2), ponta de emergência de calda (P), canal central de calda (CL) e canais de ar (CA). Ainda se observam dimensões características da presente invenção, como a distância entre a ponta de emergência de calda (P) e o eletrodo de indução (1b), e a distância entre a ponta de emergência de calda (P) e a superfície externa do orifício de escape de ar (S).

[025] Figura 4 - vista em corte do conjunto bico pneumático eletrostático da presente invenção, na qual são identificados os principais elementos do referido conjunto, sendo capa de ar (1), orifício de escape de ar (S), eletrodo metálico de indução (lb), anel metálico de contato (1c), canal central de ar (ld), agulha metálica de contato (4), mola (5), anel de eletrificação (6), canal central de calda (CL), tubo rígido (8), canais de ar (CA), corpo do bico (3), sobrecapa (7), núcleo do bico (2) e ponta de emergência de calda (P).

[026] Figura 5 - vistas frontal em corte (VF) e inferior (VI) do núcleo do bico (2), explicitando principais dimensões e a ponta de emergência de calda (P), bem como disposição espacial dos canais de ar (CA), do canal central de calda (CL) e do canal para acoplamento da agulha metálica de contato.

[027] Figura 6 - vistas frontal em corte (VF) e superior (VS) da agulha metálica de contato (4) que transpassa o núcleo do bico (2), e vista frontal (VF) da mola (5), que é acoplada à cavidade localizada na extremidade posterior da dita agulha metálica de contato (4).

[028] Figura 7 - vista explodida do conjunto bico pneumático eletrostático da presente invenção, indicando o esquema sequencial de montagem dos elementos sobrecapa (7), capa de ar (1), núcleo do bico (2), agulha metálica de contato (4), mola (5), corpo do bico (3), anel de eletrificação (6) e tubo rígido (8).

[029] Figura 8 - vista em corte do conjunto bico pneumático eletrostático, ilustrando as ligações elétricas, hidráulica e pneumática de acordo com a presente invenção.

[030] Figura 9 - vista em corte de uma concretização conhecida de capa de ar (A), na qual o eletrodo de indução (B) recobre parcialmente a ponta de emergência de calda (C), de acordo com o conceito descrito pelos seguintes documentos de patente: US 3,698,635, US 3,802,625, US 4,343,433 e US 4,664,315. Ainda são identificados os elementos orifício de escape de ar (D), elemento metálico de contato (E) e núcleo do bico (F).

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS ANEXO

[031] Figura 1A - vista do interior capa de ar (1), onde se observam acoplados no receptáculo (R) da estrutura envoltória externa (la), o anel metálico de contato (lc) e o canal central de ar (ld). O eletrodo metálico de indução (1b) não está visível uma vez que o mesmo é o primeiro elemento acoplado no interior do receptáculo (R), sendo prensado posteriormente pelo anel metálico de contato (lc) e pelo canal central de ar (ld).

[032] Figura 2A - Vista do núcleo do bico (2), que se encontra encaixado no corpo do bico (3). Observam-se a nesta vista a ponta de emergência de calda (P) do núcleo do bico (2), e a extremidade da agulha metálica de contato (4), que transpassa o núcleo do bico (2) em sua região periférica.

[033] Figura 3A - Vista superior do núcleo do bico (2), mostrando a disposição espacial dos três canais dc ar (CA), em configuração equidistante.

[034] Figura 4A - Vista do bico pneumático eletrostático da presente invenção, mostrando o conjunto desmontado, de modo que se observa a sequência lógica de montagem. Observam-se os seguintes elementos: sobrecapa (7), capa de ar (1), núcleo do bico (2), agulha metálica de contato (4), mola (5), corpo do bico (3), anel de eletrificação (6) e as conexões elétricas, hidráulica e pneumática.

[035] Figura 5A - Detalhe das ligações elétricas, hidráulica e pneumática, mostrando a interface de contato da fonte de alta tensão com o anel de eletrificação (6) que se dá por meio de solda, o conduto de calda e o fio metálico de aterramento que se encontra embutido em seu interior, e o tubo rígido (8) de ar comprimido que envolve as conexões elétricas e hidráulica.

[036] Figura 6A - Vista do bico pneumático eletrostático da presente invenção em sua configuração montada, onde se observa o tubo rígido (8) acoplado à parte posterior do conjunto, que se constitui do conduto de suprimento de ar comprimido e onde se encontram embutidos o cabo de alta tensão e o conduto de calda.

[037] Figura 7A - Detalhe mostrando o fio metálico de aterramento embutido no interior do conduto de calda.

[038] Figura 8A - Detalhe de uma concretização alternativa da presente invenção, onde o bico pneumático eletrostático é utilizado em dispositivo tipo pistola; na vista observa-se parcialmente o cabo da pistola, e a conexão pneumática desacoplada, mostrando as conexões elétricas e hidráulica embutidas em seu interior.

[039] Figura 9A - Concretização do bico pneumático eletrostático da presente invenção utilizado em dispositivo tipo pistola; observa-se detalhe do cabo da pistola e conexão pneumática, embutindo as conexões elétricas e hidráulica.

[040] Figura 10A - Detalhe do bico pneumático eletrostático da presente invenção em operação.

[041] Figura HA - Detalhe mostrando os resultados de medições realizadas para aferir a intensidade de corrente do jato de gotas, comprovando a elevada eficiência da indução eletrostática promovida pelo bico da presente invenção (vazão de calda de 120 mL/min com tensão de trabalho entre 1.200 e 1.500 V, conforme resultados apresentados na Tabela 1).

[042] Figura 12A - Vista de uma concretização de capa de ar, mostrando o eletrodo de indução em seu interior em configuração conhecida. Tal concretização foi utilizada em testes para fins comparativos com os resultados fornecidos pelo bico da presente invenção.

[043] Figura 13A — Concretização de bico pneumático eletrostático de acordo com o conceito descrito pela patente US 4,004,733, mostrando que sua operação resulta em elevado molhamento das superfícies externas.

[044] Figura 14A - Outra concretização de bico pneumático eletrostático, de acordo com os ensinamentos da patente US 5,765,761, revelando igualmente elevando molhamento externo do bico.

[045] Figura 15A - Detalhe do bico pneumático eletrostático da presente invenção em operação, mostrando total ausência de molhamento das superfícies externas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÀO

[046] Todos os bicos pneumáticos de pulverização com geometria coaxial, ou seja, aqueles nos quais a corrente de ar e a corrente de calda saem na mesma direção, possuem configurações construtivas semelhantes. Todos apresentam uma ponta de emergência de calda cilíndrica, concentricamente disposta no interior de um orifício de escape de ar presente em uma capa, denominada capa de ar. A capa de ar é o elemento do bico responsável pela uniformização da distribuição e aceleração da velocidade do ar. O orifício de escape de ar apresenta um diâmetro um pouco superior ao diâmetro da ponta de emergência de calda, de maneira a formar uma fresta aneliforme. A pulverização ocorre pela diferença de velocidade de escoamento entre o ar e a calda, sendo que a eficiência na produção de gotas depende, dentre outros fatores, de uma pré-filmagem do líquido, que deve ocorrer na ponta de emergência de calda.

[047] As diferenças existentes entre as várias concretizações de bicos pneumáticos eletrostáticos se concentram, essencialmente, em detalhes de características geométricas e de disposições construtivas e de montagem dos seus elementos constituintes, mas que podem conferir alterações significativas nos resultados de eficiência de operação. Um exemplo clássico que representa a distinção entre várias concretizações de bicos pneumáticos eletrostáticos do estado da técnica se refere à geometria do eletrodo de indução e seu respectivo posicionamento em relação à ponta de emergência de calda. A presente invenção se refere a um conjunto de novas disposições construtivas aplicadas à tecnologia de bicos pneumáticos eletrostáticos, que objetivam, fundamentalmente, reduzir o molhamento das superfícies externas do bico provocado pelo efeito negativo de retorno das gotas eletrificadas, a obtenção de maior intensidade de carga e de corrente no jato de pulverização visando melhor eficiência de deposição, e a melhoria de aspectos de segurança associados à operação do bico pulverizador eletrostático. O conjunto de disposições construtivas proposto pela presente invenção, que promove as referidas melhorias objetivadas, será explicado a partir do detalhamento dos componentes da presente concretização de bico pneumático eletrostático, conforme apresentado a seguir.

[048] A capa de ar (1) (Figura 1) é composta por uma estrutura envoltória externa (la), um componente interno à dita estrutura denominado canal central de ar (ld), um eletrodo de indução metálico (1b) e um anel metálico de contato (lc). A estrutura envoltória externa (la) é dotada de um orifício de escape de ar (S) e possui uma cavidade interna, denominada receptáculo (R). O receptáculo (R) da estrutura envoltória externa (la) é escalonado, sendo que na seção cilíndrica de menor diâmetro e de interface com o orifício de escape de ar (S) são acoplados o eletrodo de indução (lb), o anel metálico de contato (lc) e o canal de central de ar (ld) (Figura 2). O eletrodo metálico de indução (lb) (Figura 2) possui o formato de disco, de 10,0 mm de diâmetro e 1,0 mm de espessura, sendo dotado de um orifício passante central de 3,5 mm de diâmetro. O anel metálico de contato (lc) (Figura 2) se constitui de uma estrutura em casca cilíndrica de 10,0 mm de diâmetro externo e de 1,0 mm de espessura de parede. O canal de ar (ld) (Figura 2) caracteriza-se por um estrutura cilíndrica dotada de um canal de passagem de ar, o qual se inicia em seção cônica e assume, em sua porção terminal, seção cilíndrica com 3,5 mm de diâmetro. O eletrodo de indução (lb) é disposto no interior do receptáculo (R) da estrutura envoltória externa (la) em uma configuração prensada (Figura 1), de um lado pela superfície interna do receptáculo (R) em contato com o orifício de escape de ar (S) e de outro lado pelo anel metálico de contato (lc) e pelo canal central de ar (ld), sendo que o anel metálico de contato (lc) encaixa-se envolvendo a superfície cilíndrica externa do canal central de ar (ld). Desta conformação, observa-se que todos os elementos da capa de ar (1) estão alinhados de forma concêntrica; e ainda que, considerando tal alinhamento e as dimensões do orifício de escape de ar (S), do orifício do eletrodo de indução (lb) e da seção cilíndrica do canal central de ar (ld) serem de 3,5 mm, forma-se um conduto de passagem contínuo de saída para o meio externo. A espessura de parede da estrutura envoltória externa (la) que separa o eletrodo de indução (lb) da superfície externa do bico é de 1,0 mm (Figura 2). Os elementos estrutura envoltória externa (la) e canal central de ar (ld) da capa de ar (1) são constituídos em politetrafluoretileno, material altamente isolante e hidrofóbico, sendo a constituição em tal tipo de material especialmente importante para tais partes uma vez que estas envolvem os elementos metálicos condutores da capa de ar (1) (eletrodo de indução (lb) e anel metálico de contato (ld)), e também por a estrutura envoltória externa (la) delimitar as superfícies de contato do bico com o meio externo nos arredores da saída do jato de gotas carregadas, portanto, superfícies para as quais se almeja especialmente a redução do molhamento para melhoria da eficiência de operação.

[049] O núcleo do bico (2), constituído em polipropileno e encaixado na cavidade interna da capa de ar (1) (Figura 3), é dotado de três canais de ar (CA) periféricos e equidistantes de 3,5 mm de diâmetro, um canal central para passagem de calda (CL), e uma projeção central (P), denominada de ponta de emergência de calda, com diâmetro externo de 3,2 mm, e que contém o canal central de calda (CL), cuja porção final possui diâmetro de passagem da calda de 1,0 mm (Figura 5). A projeção (P) fica embutida no canal central (ld) da capa de ar (1), e sendo que a superfície de emergência de calda ultrapassa a sessão cônica e estabelece-se no interior da seção cilíndrica do canal central de ar (ld) da capa de ar (1), a uma distância de 1,0 mm do eletrodo de indução (lb) (Figura 3). Considerando que a seção cilíndrica do canal central de ar (ld) da capa de ar (1) possui 3,5 mm de diâmetro, e a projeção (P) possui 3,2 mm de diâmetro externo, forma-se, por esta disposição de acoplamento, uma fresta aneliforme de passagem de ar de aproximadamente 1,58 mm2 de superfície, que seria equivalente a um orifício cilíndrico de 1,42 mm de diâmetro.

[050] O corpo do bico (3) (Figuras 4 e 7) trata-se de uma estrutura em polipropileno que envolve a região posterior do núcleo do bico (2), ou seja, aquela que não se encontra encaixada no interior da capa de ar (1). Juntos, o corpo do bico (3) e a capa de ar (1) mantém o núcleo do bico (2) completamente recoberto (Figura 4), como uma estrutura integralmente interna do bico pneumático eletrostático.

[051] Uma estrutura denominada sobrecapa (7) (Figuras 4 e 7), constituída preferencialmente em polipropileno, promove a vedação externa protetiva do bico, recobrindo a região de interface entre os componentes capa de ar (1) e corpo do bico (3) e prendendo-os concomitantemente, de modo que a sobrecapa (7) encaixa-se em um ressalto externo da estrutura envoltória externa (la) da capa de ar (1) e o aperto é realizado com o corpo do bico (3) por rosqueamento.

[052] Um tubo rígido de material isolante (8) (Figuras 4 e 7), constituído preferencialmente de PVC, de comprimento variável, encaixa-se à parte posterior interna do corpo do bico (3), abaixo da região da sobrecapa (7), por meio de conexão tipo rosca. Tal tubo rígido se constitui do conduto de suprimento de ar comprimido, sendo tal corrente de ar suprida, conduzida através da cavidade livre do corpo do bico (3) e sequencialmente por entre os três canais de ar (CA) que atravessam o núcleo do bico (2). Após emergir dos canais de ar (CA) do núcleo do bico (2), a corrente de ar comprimido segue para o canal central de ar (ld) da capa de ar (1), escoando por entre a fresta aneliforme formada pelo acoplamento da projeção (P) de emergência de calda do núcleo do bico (2) na seção cilíndrica do canal central de ar (1 d), sendo a corrente, por fim, após promover o rompimento da calda em gotas, expelida pelo orifício de escape de ar (S) da estrutura envoltória externa (la) da capa de ar (1).

[053] A ligação do eletrodo de indução (lb) com a alta tensão (Figura 8) é realizada por meio de uma agulha metálica de contato (4), que transpassa a região periférica do núcleo do bico (2). A extremidade anterior da dita agulha de contato (4) estabelece contato com o anel metálico (lc), que por sua vez está em contato direto com o eletrodo de indução (lb) no interior da capa de ar (1); a extremidade posterior possui uma cavidade para encaixe de uma mola (5), que é por sua vez pressionada contra um elemento metálico condutor denominado anel de eletrificação (6), sendo este, por fim, soldado a um cabo condutor de alta tensão. O anel de eletrificação (6) possui seu posicionamento imobilizado por se encontrar em uma configuração prensada, em seu lado anterior por um ressalto interno do corpo do bico (3) e em seu lado posterior pelo tubo rígido (8), de modo que o anel de eletrificação (6) estabelece o fim de curso do rosqueamento do tubo rígido (8) em seu acoplamento à região posterior interna do corpo do bico (3).

[054] O esquema de montagem do conjunto bico pneumático eletrostático de acordo com a presente invenção, a partir de seus componentes até então detalhados, é indicado pela ilustração da Figura 7. Nesta, observam-se os elementos sobrecapa (7), capa de ar (1), núcleo do bico (2), corpo do bico (3), agulha metálica de contato (4), mola (5), anel de eletrificação (6) e tubo rígido (8).

[055] O novo arranjo construtivo proposto para estabelecimento das conexões de suprimento hidráulica, elétrica e pneumática é apresentado pela Figura 8. Observa-se que o conduto de calda e o cabo de alta tensão encontram-se embutidos no interior do conduto de ar comprido, que se constitui do tubo rígido (8). Nas concretizações de bico pneumático eletrostático propostas, por exemplo, pelas patentes US 4,004,733 e US 5,765,761, observam-se conexões externas segregadas e expostas. A não exposição das conexões de forma segregada confere melhoria dos aspectos de segurança quanto à operação do dispositivo pulverizador; de um lado por não haver exposição da conexão de maior risco, a condutora de alta tensão, reduzindo, portanto, os riscos de choques elétricos durante a operação por não haver oportunidade de contato direto com a mesma, e por outro lado, a continuidade de geometria promovida pelo arranjo de embutimento proposto oferece menor oportunidade de enroscamento com plantas e entes externos se comparada à configuração de conexões segregadas, reduzindo riscos operacionais decorrentes de danos por rupturas das conexões. Outro aspecto a salientar é que tal arranjo, gerado pelo embutimento das conexões elétrica e hidráulica no interior da conexão pneumática, gera conformação externa de melhor ergonomia e de aspectos de limpeza facilitados, além de a tubulação de ar se constituir também de estrutura de proteção para as conexões estabelecidas em seu interior.

[056] A Figura 8 também ilustra a nova disposição construtiva proposta para o aterramento do dispositivo pulverizador, que se caracteriza pela introdução de um fio metálico no interior do conduto de calda, e que se estende pelo interior do canal central de calda (CL) do núcleo do bico (2). Tal elemento, caracterizado por um “fio-terra”, constituído preferencialmente em aço inoxidável, promove a ligação entre o tanque reservatório de calda (não ilustrado), que se encontra aterrado, e o cabeçote pulverizador. No caso de inclusão de válvula (não ilustrado) para controle de suprimento de calda do tanque reservatório para o bico, é possível interromper a continuidade do referido fio metálico, desde que a interrupção não ultrapasse uma extensão de 10,0 mm a partir de cada extremidade da válvula, e ainda considerando que a válvula deverá ser constituída preferencialmente em material metálico e estabelecer perfeito contato com algum elemento metálico do bico pulverizador, que por sua vez deverá estabelecer contato com o solo.

[057] De acordo com os detalhamentos apresentados dos elementos constituintes do bico e em avaliações prévias realizadas considerando a concretização de tal conjunto, considerando a configuração de projeção (P) de emergência de calda de 3,2 mm de diâmetro, perfazendo uma superfície de aproximadamente 8,0 mm2 de pré-filmagem de calda, e orifício de escape de ar (S) de 3,5 mm de diâmetro, produziu-se um consumo de ar comprimido de cerca de 240 L/min para uma pressão de suprimento de 4 kg/cm2, e vazão de calda de 240 mL/min, gerando uma relação ar/líquido de 1000:1. Observou-se que, quando a corrente de ar escoa pela fresta aneliforme, formada pelo encaixe da projeção (P) do núcleo do bico (2) na região cilíndrica do canal central de ar (ld) da capa de ar (1), a alta velocidade da corrente de ar provoca um efeito de vórtice na superfície de 8,0 mm2 da projeção (P) de emergência de calda, provocando assim uma pré-fíImagem da calda, que se encontra a uma velocidade de escoamento mil vezes menor que a do ar comprimido. Destas avaliações, notou-se que, considerando o orifício de escape de ar (S) estabelecendo-se em 3,0 mm à frente da superfície de emergência da calda, no caminho para a saída através do dito orifício (S), o jato de gotas sofre um pequeno afunilamento a 1,0 mm da ponta de emergência de calda (P), provavelmente devido ao efeito do vórtice de ar ou mesmo pela rápida expansão após seu escape pela fresta aneliforme. Considerando que o eletrodo de indução (lb) encontra-se a uma distância de 1,0 mm da ponta de emergência de calda (P), e que tal fenômeno de afunilamento ocorre também à distância de 1,0 mm da ponta de emergência de calda (P), tem-se que esta conformação de afunilamento do jato de gotas ocorre na exata região de passagem através do orifício do eletrodo de indução (lb). Desta condição estabelece-se, portanto, um distanciamento do jato de gotas da borda interna do eletrodo de indução (lb), condição de especial interesse uma vez que previne a ocorrência de molhamento do eletrodo e, por conseguinte, previne o comprometimento da eficiência de indução eletrostática. Tal eficiência seria drasticamente reduzida com a ocorrência de molhamento. Além da distância de 1,0 mm à ponta de emergência de calda (P), a geometria do eletrodo com espessura de 1,0 mm também caracteriza aspecto fundamental; uma espessura de maior magnitude provocaria o seu molhamento. Tem-se, assim, o eletrodo de indução (lb) estabelecido em configuração estratégica, tanto no que se refere ao seu posicionamento, quando aos seus aspectos dimensionais. O eletrodo de indução (lb), que é dotado de um orifício de 3,5 mm, quando energizado, por exemplo, a uma tensão de 1.600 V, a intensidade do campo eletrostático observado no centro do orifício atinge um valor de 9.142.857 V/m. Entretanto, em relação à superfície de emergência de calda da projeção (P) do núcleo do bico (2), que se situa a 1,0 mm de distância do referido eletrodo, o campo atinge a magnitude de 16.000.000 V/m. Esse elevadíssimo campo eletrostático provoca a atração de uma quantidade expressiva de cargas na calda a emergir pela ponta (P), e que, devido à ação da corrente de ar em alta velocidade, promove-se uma amplificação da superfície líquida pela formação de milhares de cristas, que se romperão em gotas. Assim, à medida que ocorre a ruptura das cristas ocasionada pela passagem do ar em alta velocidade, formam-se as gotas eletrificadas, que são impulsionadas pela corrente de ar comprimido para o exterior através do orifício de escape de ar (S), gerando um jato de gotas carregadas, que caracteriza a pulverização eletrostática.

[058] As tecnologias apresentadas pelas patentes US 3,698,635, US 3,802,625, US 4,343,433 e US 4,664,315, descrevem concretizações de bicos cujos eletrodos metálicos de indução recobrem parcialmente a projeção (P) de emergência de calda (Figura 9). Considerando o altíssimo campo eletrostático gerado, o efeito é deletério na eletrificação de gotas uma vez que o campo eletrostático não age diretamente na zona de formação de gotas, e sim diretamente sobre a ponta de emergência de calda, reduzindo assim a eficiência de transferência de carga elétrica. Já pela concretização proposta, o eletrodo de indução estabelece distância de separação efetiva da ponta de emergência de calda (a superfície de emergência de calda estabelece-se a uma distância de 1,0 mm do eletrodo de indução (1 b)), ou seja, o campo eletrostático não age sobre a superfície da ponta de emergência da corrente de calda, e sim sobre a região de formação das gotas, de modo que eficiência da indução eletrostática é substancialmente aumentada.

[059] Já com relação aos bicos pneumáticos eletrostáticos descritos pelas patentes US 4,004,733 e US 5,765,761, as principais diferenças para o bico pneumático eletrostático proposto pela presente invenção estão relacionadas ao arranjo de ligação da alta tensão ao eletrodo de indução e à magnitude dimensional dos elementos metálicos condutores utilizados na estruturação de tal arranjo. Um dos objetivos das disposições construtivas propostas pela presente invenção busca minimizar a formação de campo eletrostático externo à capa de ar, que provoca a atração das gotas carregadas, caracterizando o conhecido efeito negativo de retomo das gotas em direção ao bico, causando molhamento externo do mesmo e o consequente gotejamento de calda. Na concretização de bico proposta pela patente US 5,765,761, o eletrodo de indução recebe a alta tensão por meio de elementos condutores que se encontram embutidos na capa de ar. em disposição interna que define pequena espessura de parede de separação dos mesmos às superfícies externas do bico, e que ainda apresentam grande magnitude dimensional. Esta configuração favorece a formação de campo eletrostático externo relevante tal que acarreta o retomo das gotas eletrificadas, atraídas para as superfícies exteriores do bico, provocando o seu molhamento. Se o material utilizado na confecção da capa de ar não apresentar alta hidrofobicidade, a alta tensão estabelecida nos elementos condutores de grande dimensão e no eletrodo de indução irá provocar o estabelecimento de conexão com películas líquidas formadas extemamente à capa de ar, propagando-se para as demais superfícies exteriores do bico. Nesse caso, o líquido acumulado nas superfícies externas do bico fica submetido à ação do campo eletrostático de mesma polaridade do eletrodo de indução, favorecendo o surgimento de um fenômeno caracterizado por uma nova pulverização, denominada eletrohidrodinâmica. Devido às características da tensão superficial de caldas aquosas, da pulverização eletrohidrodinâmica originam-se gotas “grandes”, que são desprendidas das superfícies externas do bico ou promovem a formação de pequenas cristas, líquidas e pontiagudas, que funcionam como pontos de ionização, e que promovem o descarregamento parcial das gotas eletrificadas por indução. Esse fenômeno reduz a eficiência de indução eletrostática e por consequência a eficiência operativa do dispositivo, além de resultar em aumento no consumo de corrente elétrica. Já de acordo com a presente invenção, a ligação do eletrodo de indução (lb) à alta tensão se estabelece integralmente por entre elementos estruturantes do bico que são constituídos em material de alto isolamento elétrico e de alta hidrofobicidade (estrutura envoltória externa (la) e canal central de ar (ld) da capa de ar (1), núcleo do bico (2), corpo do bico (3) e tubo rígido (8)). Desta condição na qual se encontra submetido o referido arranjo de ligação, observa-se elevando isolamento dos componentes metálicos condutores (eletrodo de indução (lb), anel metálico de contato (1c), agulha metálica de contato (4), mola (5) e anel de eletrificação (6)), inibindo assim a formação de campo eletrostático externo expressivo, que seja capaz de acarretar a atração das gotas eletrificadas. Associado a este fato, o eletrodo de indução (lb) da presente invenção se caracteriza por ter dimensões bastante diminutas, com apenas 10,0 mm de diâmetro e 1,0 mm de espessura, aspecto que também limita a intensidade do campo eletrostático externo à capa de ar (1) do bico, sendo que tal limitação é ainda corroborada por a estrutura envoltória externa (la) da capa de ar (1) ser constituída em politetrafluoretileno. Outro aspecto de importante influência na limitação da intensidade de formação de campo eletrostático externo, além das reduzidas dimensões do eletrodo de indução (lb), e do arranjo de ligação deste à alta tensão se estabelecer integralmente por entre estruturas isolantes e hidrofóbicas, refere-se à disposição interna de tal arranjo. Pela presente invenção, o arranjo de ligação do eletrodo de indução (lb) à alta tensão encontra-se estabelecido fora da região periférica da estrutura envoltória externa (la) da capa de ar (1), ou seja, tem-se uma distância de separação importante entre os elementos metálicos condutores e as superfícies do bico em contato com o meio externo. A consequência de tal configuração é a redução de intensidade do campo eletrostático observado nas superfícies externas do bico. Tais disposições construtivas, que contribuem promovendo a inibição de formação de campo eletrostático externo significativo, aplicadas em conjunto como proposto pela presente invenção, revelam resultados expressivos de redução do efeito negativo de retomo das gotas, de modo que o molhamento externo do bico de pulverização eletrostática é praticamente eliminado. As Figuras do anexo 13A e 14A ilustram concretizações de bicos de pulverização eletrostática de acordo com os conceitos apresentados pelas patentes US 4,004,733 e US 5,765,761, respectivamente. Observa-se que as superfícies externas de ambos os bicos apresentam elevado molhamento. A Figura 15A mostra a concretização do bico pneumático eletrostático da presente invenção, no qual se observa ausência completa de molhamento externo.

[060] A obtenção de elevada intensidade de corrente e de carga no jato de gotas se constitui de uma consequência direta da capacidade de transferência de carga para as gotas e, portanto, consequência da eficiência obtida no processo de indução eletrostática. Apesar de a aplicação das modificações até então discutidas resultar na geração de campo eletrostático externo muito baixo, a magnitude do campo na zona de formação de gotas é extremamente elevado (por exemplo, 12.000.000 V/m para a ponta de emergência de calda e 6.857.14 V/m para o centro do jato de gotas, considerando a aplicação de uma tensão de trabalho de 1.200 V), o que garante, portanto, uma elevada transferência de carga para as gotas. A obtenção de alta transferência de carga também é influenciada diretamente pelo elemento que canaliza a corrente de ar comprimido sobre a ponta de emergência de calda. O canal central de ar (ld), sendo constituído de politetrafluoretileno, que é hidrofóbico e altamente isolante, garante que a indução ocorra exclusivamente na zona de formação de gotas, caracterizando uma indução eletrostática altamente eficiente. O tipo de aterramento aplicado ao dispositivo pulverizador se constitui de outro fator de grande influência sobre a intensidade de corrente e de carga obtida no jato de gotas. O arranjo comumente empregado é o aterramento direto da calda. A condutividade elétrica do meio no qual se estabelece o aterramento está diretamente relacionada à capacidade de transferência de carga e, portanto, na eficiência da indução eletrostática. Considerando que substâncias líquidas apresentam menor condutividade elétrica se comparadas a elementos metálicos, a disposição construtiva aplicada para melhorar o sistema de aterramento, objetivando a influência positiva sobre o transporte de carga, se caracteriza pela inclusão de um elemento condutor, sendo este um fio metálico, preferencialmente em aço inoxidável, no interior do conduto de calda. Tal fio metálico condutor, embutido no conduto de calda e se estendendo pelo interior do canal central de calda (CL) do núcleo do bico (2), liga o tanque reservatório de calda que se encontra aterrado, ao bico de pulverização. A consequência desta configuração de aterramento com inclusão de elemento metálico é uma transferência de carga intensificada se comparada ao aterramento da calda sem o auxílio de elemento metálico condutor. Melhorando a transferência de carga, intensifica-se a polarização na emergência de calda, aumentando assim a eficiência da indução eletrostática e, por conseguinte, resultando na elevação da intensidade de corrente e de carga obtida no jato de gotas pulverizadas.

[061] Considerando o conjunto de disposições construtivas exposto no presente documento aplicado à tecnologia de bicos pneumáticos eletrostáticos, obtém-se um dispositivo pulverizador que apresenta alta eficiência operativa (por redução expressiva do molhamento superficial externo), elevada eficiência de deposição (pela obtenção de elevada intensidade de corrente e de carga no jato de gotas), e aspectos melhorados de segurança (redução de riscos por choques elétricos e outros danos associados à ruptura de conexões).

[062] Além da concretização de bico pneumático eletrostático descrita no presente documento, entende-se que conceito inventivo associado ao conjunto de disposições construtivas aqui elucidado poderá ser aplicado a outras possíveis concretizações de dispositivos pulverizadores eletrostáticos, seja com relação à aplicação da presente concretização de cabeçote pulverizador em outros arranjos construtivos, como os portáteis tipo pistola ou dispositivos de maior porte dotados de vários bicos eletrostáticos, seja com respeito a alterações dimensionais, geométricas, de fabricação ou de montagem que guardem relação clara com os conceitos da presente invenção. Entende-se, portanto, que a presente invenção deverá ser interpretada de maneira ampla, de modo que tais alternativas de concretização se encontram cobertas no âmbito da tecnologia por este documento revelada.

Exemplos

[063] Utilizando uma concretização de bico pneumático eletrostático da presente invenção em montagem de dispositivo tipo pistola, realizou-se um experimento para verificação da intensidade de corrente e de carga obtida no jato de gotas. Utilizou-se uma fonte de alta voltagem com tensões pré-calibradas, e com intensidade de corrente reduzida por uma associação de resistores, totalizando 40 MQ. As pulverizações foram realizadas com pressão de ar de 4 kg/cm2 e consumo de ar presumido de 240 L/min, para diferentes vazões de calda e tensões de trabalho. A medição da corrente do jato de gotas foi realizada com multímetro IK 1500-ICEL em escala de 200 μA. A aferição da intensidade de carga do jato de gotas foi realizada utilizando uma pequena raquete, com rede metálica em tela dupla de 20 mesh, sendo a raquete posicionada entre 1,5 cm a 2,0 cm de distância do orifício de escape de gotas do bico pulverizador. Um dos terminais do multímetro foi acoplado na tela metálica da raquete e o outro foi ligado ao solo. Os resultados da medição da intensidade de corrente do jato de gotas, bem como a respectiva relação carga/massa, são apresentados na Tabela 1. Na Tabela 2 são apresentados resultados de relação carga/massa comparando a concretização de bico da presente invenção, considerando especialmente a configuração proposta do eletrodo de indução e seu respectivo arranjo de ligação à fonte de alta tensão, e outra concretização de bico pulverizador eletrostático empregando eletrodo de indução em configuração semelhante àquelas propostas pelos bicos das patentes US 3,698,635, US 3,802,625, US 4,343,433 e US 4,664,315. Observa-se que a concretização de bico da presente invenção conferiu o dobro da intensidade de carga no jato de gotas em relação à configuração de bico conhecida. De acordo com os dados mostrados na Tabela 1, observa-se que o bico pulverizador da presente invenção também requer intensidade de corrente relativamente baixa para a eletrificação das gotas. Utilizando uma vazão de calda de 120 mL/min, o presente bico pneumático eletrostático apresenta uma relação carga/massa de 7,5 mC/kg, com uma eficiência de eletrificação de 69% para uma tensão de indução de aproximadamente 900 V. A comparação entre os resultados obtidos através da concretização proposta e aquelas conhecidas, indica que o novo arranjo de ligação da alta tensão ao eletrodo de indução (lb) promove um efeito extremamente positivo, pois grande parte da energia aplicada está sendo convertida em eletrificação das gotas. Tal eficiência também está associada à configuração estratégica do eletrodo de indução (lb), por suas características dimensionais e de posicionamento, que previnem seu molhamento e, portanto, corroboram para a obtenção de alto desempenho de indução eletrostática. Também ainda atribui-se ao resultado expressivo obtido os efeitos associados ao canal central de ar (ld); a geometria interna de passagem da corrente de ar comprimido, que se inicia em seção cônica e finaliza em seção cilíndrica alinhada com o orifício de escape de ar (S), promove um escoamento facilitado de fluido, e sua constituição em politetrafluoretileno promove alto isolamento elétrico, impedindo que o campo eletrostático se instaure com a superfície da ponta de emergência de calda (P) ao invés de na zona de formação de gotas, onde se situa o eletrodo de indução e a uma distância de 1,0 mm da superfície de emergência da calda. Não menos importante, conforme já explicado, o novo arranjo utilizado para melhorar o sistema de aterramento, pela inserção de um fio metálico condutor embutido no conduto de calda, também confere contribuição de extrema relevância para aumento da eficiência de eletrificação, por promover a intensificação do transporte de carga.

[064] Tabela 1 - Resultados para intensidade de corrente do jato de gotas e para relação carga/massa utilizado a concretização de bico pneumático eletrostático da presente invenção, considerando diferentes condições de vazão de calda e de tensão de trabalho.

[065] Chaim et al (Eficiência de deposição de agrotóxicos obtida com bocal eletrostático para pulverizador costal motorizado. Pesquisa Agropecuária Brasileira, Brasília, DF, v. 37, n. 497501, p. 963-969, 2002) relataram que gotas cuja relação carga/massa se apresenta em tomo de 4,0 mC/kg resulta em um aumento de 62% na eficiência de deposição em relação às gotas descarregadas. Entretanto, de acordo com os resultados de experimentos realizados, verificou-se que gotas cuja relação carga/massa se estabelece acima de 7,0 mC/kg não conseguem penetrar no interior das plantas, devido ao conhecido efeito de Gaiola de Faraday. Portanto, considerando o consumo de potência em relação à magnitude obtida para a relação carga/massa, o bico da presente invenção define sua condição operacional ideal com tensões de indução variando na faixa entre 900 e 1.500 V, e para magnitudes de vazão de calda superiores a 120 mL/min (para que a relação carga/massa se mantenha nas imediações de 7,0 mC/kg ou abaixo deste valor) e até 180 mL/min (para que a relação carga/massa se mantenha nas imediações de 4,0 mC/kg ou maior). A Tabela 2 apresenta a comparação de valores para relação carga/massa entre aqueles obtidos com o uso de dispositivos pneumáticos eletrostáticos conhecidos e aqueles obtidos com o uso de dispositivo em concretização de acordo com a presente invenção.

[066] Tabela 2 - Comparação de resultados para a relação carga/massa (mC/kg) obtidos com a utilização de bico pneumático eletrostático de acordo com a presente invenção, e de outro de acordo com o conceito de eletrodo de indução ilustrado na Figura 9, de configuração semelhante aos bicos das patentes US 3,698,635, US 3,802,625, US 4,343,433, US 4,664,315.

[067] Em 1882, Lord Rayleigh postulou que uma gota se toma instável quando uma carga q excede um limite denominado de qR, definido como Limite de Rayleigh. O Limite de Rayleigh é definido pela Equação 1:

onde: qR é a carga máxima que uma gota consegue adquirir sem desintegração; εθ é a permitividade no vácuo; y é a tensão superficial do líquido; D é o diâmetro da gota.

[068] A correlação entre carga e massa das gotas é fornecida pela Equação 2:

onde: qR/m é a carga máxima que uma gota consegue adquirir sem desintegração; εθ é a permitividade no vácuo; y é a tensão superficial do líquido; D é o diâmetro da gota; m é a massa da gota; p é a densidade do líquido.

[069] Mediu-se em laboratório o tamanho mediano das gotas gerado, para cada taxa de vazão de calda, utilizando a concretização de bico da presente invenção, conforme parâmetros de vazão mostrados na Tabela 1. Aplicando-se os valores estimados de diâmetros das gotas na equação da relação carga/massa máxima, obtiveram-se os valores teóricos de carga/massa conforme apresentados na Tabela 3.

[070] Tabela 3 - Relação carga/massa máxima teórica que as gotas podem suportar sem provocar o rompimento em gotas menores, considerando o diâmetro médio de gotas estimado para cada taxa de vazão.

(l) Diâmetro aproximado das gotas, estimados através de análise de deposição em cartões sensíveis à água.

[071] A Tabela 4 apresenta o percentual de carga/massa atingido pelo bico pulverizador eletrostático na concretização proposta, em relação ao teórico máximo permitido, considerando uma tensão de 1.550 V em corrente de eletrificação de 39 μA, representando uma potência consumida de 0,06 W para uma vazão de 120 mL/min.

[072] Tabela 4 - Percentual de carga/massa fornecido pela presente concretização de bico pulverizador eletrostático, em relação ao máximo teórico permitido definido pelo limite de Ralyleigh.

[073] Apesar de o bico pneumático eletrostático da presente invenção entregar elevada eficiência de eletrificação das gotas, ou seja, gotas com níveis de carga e de corrente superiores aos daquelas produzidas pelos dispositivos pulverizadores eletrostáticos conhecidos, com base nos resultados mostrados pelas Tabelas 3 e 4, assegura-se que os níveis de eletrificação produzidos não apresentam riscos de provocar a desintegração das gotas originalmente formadas em gotas menores, que, devido à diminuta magnitude, ficariam suscetíveis à evaporação ou ao simples desaparecimento. A ocorrência de tal fenômeno seria extremamente indesejável em operações de pulverização eletrostática, uma vez que representaria grave redução na eficiência de deposição e grande desperdício de calda de pulverização.

Claims (12)

1. Bico pneumático eletrostático caracterizado por compreender: a) uma capa de ar (1), constituída por uma estrutura envoltória externa (1a) dotada de um orifício de escape de ar (S) e cavidade interna denominada receptáculo (R), sendo que no interior do dito receptáculo (R) encontra-se embutido o eletrodo metálico de indução (1b) em formato de disco com orifício central, prensado no interior do receptáculo (R) concomitantemente por uma estrutura central denominada canal central de ar (1d) e por um anel metálico de contato (1c) em forma de casca cilíndrica, sendo que o dito anel metálico de contato (1c) encaixa-se envolvendo o canal central de ar (1d); b) núcleo do bico (2), dotado de três canais de ar (CA), localizados na periferia da estrutura cilíndrica do núcleo (2) e dispostos de maneira equidistante, e de uma projeção (P) de emergência de calda que contém o canal central de calda (CL), e sendo ainda que a extensão anterior do dito núcleo (2) é encaixada no interior da capa de ar (1); c) agulha metálica de contato (4), que transpassa o núcleo do bico (2) em sua região periférica, sendo a dita agulha (4) dotada de uma cavidade de espera localizada em sua extremidade posterior; d) mola (5), sendo parte de sua extensão encaixada no interior da cavidade de espera da agulha metálica de contato (4); e) anel de eletrificação (6), no qual é soldado o cabo condutor de alta tensão; f) corpo do bico (3), que envolve a extensão posterior do núcleo do bico (2), e dotado de ressalto interno para encaixe do anel de eletrificação (6); g) tubo rígido (8) que se constitui do conduto de passagem de ar comprimido e de comprimento variável, no qual se encontram embutidos o conduto de calda e o cabo condutor de alta tensão, sendo o dito tubo rígido (8) preso ao corpo do bico (3) pela sua região posterior por meio de conexão tipo rosca, prensando o anel de eletrificação (6) contra o ressalto interno do corpo do bico (3); h) sobrecapa (7), que se constitui de estrutura protetiva e de vedação externa, prende a capa de ar (1) ao corpo do bico (3), encaixando-se em ressalto externo da estrutura envoltória externa (1a) da capa de ar (1) e fechando por conexão tipo rosca ao corpo do bico (3).

2. Bico pneumático eletrostático, de acordo coma reivindicação 1, caracterizado por os elementos estrutura envoltória externa (1a) e canal central de ar (1d) da capa de ar (1) serem constituídos por material isolante e hidrofóbico.

3. Bico pneumático eletrostático, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os elementos núcleo do bico (2), corpo do bico (3) e sobrecapa (7) serem constituídos por material isolante e hidrofóbico.

4. Bico pneumático eletrostático, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o material isolante e hidrofóbico ser o politetrafluoretileno.

5. Bico pneumático eletrostático, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o material isolante e hidrofóbico ser polipropileno ou politetrafluoretileno.

6. Bico pneumático eletrostático, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a ligação do eletrodo de indução (1b) à fonte de alta tensão ser estabelecida por meio da agulha metálica de contato (4), que transpassa o núcleo do bico (2) e faz interface direta com a capa de ar (1), de modo que a extremidade anterior da dita agulha (4) estabelece contato com o anel metálico de contato (1c) que por sua vez contata diretamente o eletrodo metálico de indução (1b), e sendo que extremidade posterior da agulha de contato (4), através da mola (5), contata o anel de eletrificação (6), ao qual está ligado por meio de solda o cabo condutor de alta tensão.

7. Bico pneumático eletrostático, de acordo coma reivindicação 1, caracterizado por o aterramento do sistema ser realizado por meio de um fio metálico, preferencialmente de aço inoxidável, embutido no interior do conduto de calda e que se estende pelo interior do canal central de calda (CL), interligando o tanque reservatório de calda, que se encontra aterrado, ao bico de pulverização.

8. Bico pneumático eletrostático, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o arranjo de ligação do eletrodo de indução (1b) à alta tensão, através dos elementos anel metálico de contato (1c), agulha metálica de contato (4), mola (5) e anel de eletrificação (6), estabelecer-se fora da região periférica da capa de ar (1), e sendo que os ditos elementos condutores da alta tensão são circundados por elementos estruturais do bico constituídos por material isolante e hidrofóbico.

9. Bico pneumático eletrostático, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eletrodo metálico de indução (1b) ter geometria em forma de disco com 10,0 mm de diâmetro externo e 1,0 mm de espessura, dotado de orifício central de 3,5 mm, sendo ainda o dito eletrodo de indução (1b) posicionado no interior do receptáculo (R) da estrutura envoltória externa (1a) da capa de ar (1) tal que a espessura de parede que o separa da superfície externa do bico seja de 1,0 mm.

10. Bico pneumático eletrostático, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por a estrutura envoltória (1a) da capa de ar (1) ter o orifício de escape de ar (S) com 3,5 mm de diâmetro, o anel metálico de contato (1c) ter geometria em casca cilíndrica com diâmetro externo de 10,0 mm e espessura de parede de 1,0 mm, e o canal central de ar (1d) ter conformação externa cilíndrica de 8,0 mm de diâmetro, e dotado de canal de passagem de ar que se inicia em seção cônica e termina em seção cilíndrica com 3,5 mm de diâmetro.

11. Bico pneumático eletrostático, de acordo com as reivindicações 1 e 3, caracterizado por a projeção (P) de emergência de calda do núcleo do bico (2) ter diâmetro externo de 3,2 mm de diâmetro, gerando superfície de pré-filmagem de aproximadamente 8,0 mm2, o canal central de calda (CL) possuir diâmetro final de passagem de 1,0 mm, e os canais de ar equidistantes (CA) possuírem diâmetro de 3,5 mm.

12. Bico pneumático eletrostático, de acordo com as reivindicações 1, 9, 10 e 11, caracterizado por o núcleo do bico (2) encaixar-se no interior da capa de ar (1), de modo que a projeção (P) de emergência de calda do núcleo do bico (2) se estabeleça no interior da seção cilíndrica do canal central de ar (1d) da capa de ar (1) formando uma fresta aneliforme de passagem de ar, e sendo ainda que a superfície de emergência de calda da projeção (P) seja posicionada a uma distância de 1,0 mm do eletrodo metálico de indução (1b).

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