BR102015025940B1 - dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos - Google Patents

Abstract

A presente invenção se situa no campo da pulverização eletrostática, e trata especificamente de dispositivos de indução acopláveis a bicos hidráulicos, provendo um meio de converter dipositivos de pulverização convencionais em dipositivos de pulverização eletrostática. As soluções de dispositivo de indução da presente invenção referem-se, em essência, a uma estrutura suporte para um eletrodo de indução, e um eletrodo de indução. A estrutura suporte constitui o corpo do dispositivo de indução é conformada em material altamente hidrófobo, e o eletrodo de indução é confeccionado em arame de aço inoxidável e possui dimensões reduzidas. O eletrodo de indução assume geometria aneliforme para uso com bicos hidráulicos de jato cone e geometria em arranjo de hastes paralelas para uso com bicos hidráulicos de jato leque. Os sistemas de pulverização eletrostática resultantes, gerados pela associação das presentes soluções de dispositivo de indução a bicos hidráulicos, operam com baixas magnitudes de tensão e objetivam reduzir o fenômeno de retroatração de gotas carregadas eletricamente, bem como evitar o acúmulo excessivo de líquido sobre as superfícies expostas do dispositivo. O fenômeno de retroatração de gotas provoca o molhamento excessivo do dispositivo pulverizador, afetando diretamente sua eficiência de operação e, por conseguinte, a qualidade do processo de deposição eletrostática.

Description

DISPOSITIVO DE INDUÇÃO PARA ELETRIFICAÇÃO DE JATOS DE GOTAS DE BICOS HIDRÁULICOS CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se situa no campo da pulverização eletrostática com o uso de bicos hidráulicos. 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 soluções construtivas de suportes dotados de eletrodos de indução para uso em bicos hidráulicos de pulverização em jatos cônicos ou leques. As soluções de dispositivo de indução da presente invenção caracterizam-se, fundamental mente, por um arranjo acoplável a bicos hidráulicos, para conversão destes dispositivos de pulverização convencionais em bicos de pulverização eletrostática. Tais soluções propostas pela presente tecnologia objetivam reduzir o fenômeno de retroatração de gotas carregadas eletricamente, que provocam o molhamento excessivo do dispositivo pulverizador, O efeito de retroatração de gotas afeta diretamente a eficiência de operação do dispositivo e, por conseguinte, a qualidade do processo de deposição obtido pela pulverização eletrostática. A presente tecnologia de dispositivo de indução pode ser adaptada a qualquer tipo de pulverizador que utilize bico hidráulico, seja de tração humana, animal ou mecanizada.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[003] A principal técnica atual de aplicação de agrotóxicos agrícolas caracteriza-se pelo emprego de bicos hidráulicos, cujos princípios de funcionamento foram desenvolvidos no século passado. Esses bicos foram desenvolvidos com estruturas internas 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, as aplicações de defensivos praticadas atualmente resultam extremamente desperdiçadoras, e pesquisas têm apontado que a deposição efetiva de agrotóxicos nas culturas raramente ultrapassa 50% do volume aplicado.

[004] 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 120 micrômetros.

[005] 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 fitossanitários, 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.

[006] É 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.

[007] 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. Já no sistema de carga por indução com eletrificação direta, surgem problemas graves de isolamento uma vez que todo o circuito hidráulico fica submetido a tensões elevadas, e por tal requer soluções tecnológicas mais sofisticadas, como a tecnologia descrita no documento de patente US5631802. É desejável, portanto, que o líquido seja aterrado nas operações de pulverização eletrostática realizadas com bicos hidráulicos, estabelecendo um sistema de eletrificação por indução indireta.

[008] Entretanto, nos sistemas de indução com eletrificação indireta, as gotas produzidas adquirem carga de polaridade oposta a do eletrodo de indução e, consequentemente, sofrem retroatração, provocando o molhamento do eletrodo de indução, bem como do suporte que o sustenta. É sabido pela literatura disponível que o molhamento do eletrodo de indução afeta negativamente a eletrificação das gotas, mas algumas observações apontam que o eletrodo continua a funcionar mesmo estando completamente molhado. Esse fenômeno de perpetuação da indução eletrostática mesmo havendo molhamento do eletrodo é claramente observado no gerador eletrostático por gotejamento de água construído originalmente por William Thomson, também conhecido por Lorde Kelvin, conforme descrição publicada em 1867. O gerador de Kelvin demonstra que, mesmo estando o eletrodo completamente molhado, a geração eletrostática não é interrompida, condição explicada pela existência de um perfeito isolamento elétrico, estabelecido entre o eletrodo positivo e eletrodo negativo do gerador. Evidentemente, o líquido acumulado no eletrodo de indução tende a sofrer uma pulverização eletro hidrodinâmica, se a voltagem aplicada for extremamente elevada. Nesse caso, as gotas produzidas pela pulverização eletro hidrodinâmica apresentam a mesma polaridade do eletrodo e, assim, tendem a se chocar com as gotas eletrificadas por indução. Nos dispositivos conhecidos de eletrificação por indução para uso com bicos hidráulicos, a operação resulta em demasiado molhamento do eletrodo de indução, bem como do suporte de sustentação do mesmo, deixando o sistema altamente propenso à geração de curto-circuito entre a alta tensão do eletrodo e o corpo do bico de pulverização.

[009] Uma das formas de solucionar o problema de retroatração de gotas para o eletrodo de indução é estabelecer a saída do jato de pulverização em meio a um ambiente de fluxo de ar constante. Esta modalidade de dispositivo de pulverização eletrostática, que faz uso da intervenção por ar comprimido, caracteriza outra categoria de dispositivos pulveriadores, os chamados bicos pneumáticos eletrostáticos, exemplificados pelas tecnologias descritas nos documentos de patentes US3516608, US4560107, US4762274 e US5975425. Entretanto, as pontas de pulverização pneumáticas eletrostáticas são mais sofisticadas e, por conseguinte, de maior custo, por se tratarem de tecnologias que gerenciam interfaces de projeto mais complexas, que devem ser estabelecidas entre meio gasoso e meio líquido. Além disso, não resolvem a questão de obter pulverizadores eletrostáticos a partir da conversão de pontas de pulverização mais convencionais e de menor custo, como é o caso das pontas hidráulicas.

[010] Já as soluções que não utilizam fluxo de ar, fazem uso do artifício de proteger o eletrodo de indução por meio de arranjos estruturais complexos para evitar o acúmulo de líquido na sua superfície.

[011] O documento de patente CN2920427 revela uma tecnologia de dispositivo pulverizador eletrostático composto gerado pela adaptação de um bico pulverizador hidráulico. Uma estrutura combinada de carregamento eletrostático é constituída por um eletrodo em aro cilíndrico e um eletrodo em geometria cônica. O eletrodo em aro cilíndrico envolve o corpo do bico hidráulico, sendo sequenciado pelo eletrodo de geometria cônica, que se projeta na região à frente da ponteira do bico hidráulico. O eletrodo de geometria cônica é dotado de pequenos elementos afilados, dispostos uniformemente ao longo de sua superfície interna, na região de extremidade oposta àquela que se conecta ao eletrodo em aro cilíndrico. Toda a superfície externa do arranjo de eletrodos combinados é envolvida por uma camada de material isolante, ficando somente exposta a superfície interna do eletrodo em geometria cônica.

[012] Uma cabeça de carregamento eletrostático para gerar pulverização de gotas carregadas eletricamente a partir de um bico hidráulico é o objeto descrito pelo documento de patente WO9101811. O referido dispositivo de carregamento provê um meio de suportar um eletrodo posicionado à frente da ponteira de um bico hidráulico, sendo que a estrutura que constitui o dito dispositivo compreende um suporte para acoplamento, um arranjo para alojamento do eletrodo, e um eletrodo preferencialmente em forma de “U” invertido. O alojamento do eletrodo tem uma construção tipo sanduíche, de modo que o eletrodo fique embutido, deixando exposta somente a superfície voltada para o lado interno do dispositivo. Sobre a constituição dos componentes como o suporte do eletrodo e o alojamento do eletrodo, é mencionado que devem ser de materiais plásticos, preferencialmente rígidos, de superfície lisa e de baixa absorção de água.

[013] O documento de patente JP2009066597 revela uma tecnologia de bico pulverizador eletrostático que objetiva prevenir a ocorrência de acidentes por choques elétricos por meio de prover os eletrodos completamente recobertos por material à prova d’água, prevenindo a queda de tensão devido a fugas. A tecnologia consiste de um eletrodo arranjado nas vizinhanças da ponteira do bico pulverizador, sendo este eletrodo alojado em uma capa de material não condutor que recobre o corpo do bico. A referida capa compreende um corpo envoltório cilíndrico, que é preso ao corpo do bico, e uma estrutura terminal cilíndrica encaixada ao corpo envoltório cilíndrico. O eletrodo em formato de aro cilíndrico é posicionado entre as faces de acoplamento do corpo envoltório cilíndrico e da estrutura terminal cilíndrica.

[014] Com semelhanças às tecnologias descritas nos documentos WO9101811 e JP2009066597, a tecnologia ensinada em US5314123 refere-se a um arranjo pulverizador incluindo meios para aplicar carga eletrostática ao jato de gotas de um pulverizador hidráulico. Em tal arranjo pulverizador, o meio de aplicação de carga elétrica inclui um corpo isolante e um eletrodo de indução suportado pelo referido corpo. O eletrodo, que consiste de um anel metálico, é alojado no referido corpo isolante de forma a deixar exposta somente sua face interna, voltada para a região de formação de gotas do jato de pulverização.

[015] Nota-se que as soluções de dispositivos desenvolvidos para conversão de pulverizadores hidráulicos convencionais em pulverizadores eletrostáticos apresentam variações da aplicação de um mesmo artifício, o de proteger o eletrodo por meio de alojamentos, estruturas de cobertura ou arranjos tipo sanduíche, no sentido de restringir a área superficial exposta do eletrodo àquela voltada para a área de saída do jato de gotas da ponteira hidráulica. Tais soluções atuam remediando as consequências do fenômeno de retroatração, ou seja, protegendo o eletrodo de indução para reduzir seu molhamento. No entanto, outra forma de tratar a questão indesejável associada ao molhamento do eletrodo de indução é atuando sobre a causa da retroatração, ou seja, ao invés de remediar a consequência (o molhamento do eletrodo), tentar reduzir o fenômeno de retroatração.

[016] O fator que incide de forma predominante sobre o fenômeno da retroatração refere-se à magnitude do campo eletrostático gerado. Quanto maior a intensidade do campo eletrostático estabelecido, mais intenso se apresentará o fenômeno da retroatração de gotas.

[017] Grosseiramente, pode ser estabelecido que o campo eletrostático presente a uma distância de 1,00 mm de uma fonte de 1000 V é de 1000000 V/m, a 5,00 mm de distância seria de 500000 V/m, a 10 mm seria de 100000 V/m, e assim sucessivamente. Nesse caso, se o eletrodo de indução ficar posicionado bem próximo à zona de formação de gotas, é possível obter eletrificação das mesmas com magnitudes de tensão consideradas relativamente baixas, inferiores a 3000 Volts, conforme descrevem as patentes US4004733, US4362275 e US4579279.

[018] Supondo um bico hidráulico de jato tipo cone vazio, alimentado por um reservatório de líquido aterrado, associado a um eletrodo anelar eletrificado positivamente e colocado próximo à lâmina de líquido na região onde esta se rompe em gotas, pelo fenômeno da indução eletrostática, cargas negativas serão atraídas na extremidade da lâmina. Estas cargas negativas serão levadas com as gotas no momento em que as mesmas se formam, enquanto as cargas positivas serão repelidas para o sistema de aterramento. (O mesmo conceito se aplica para a eletrificação das gotas por indução considerando o eletrodo estar polarizado negativamente, sendo que, nesse caso, as gotas carregarão cargas positivas.) Se o eletrodo encontra-se polarizado positivamente e as gotas adquirem cargas negativas, as gotas serão então atraídas pelo eletrodo, retornando em sua direção e provocando não só e seu molhamento, mas como também o molhamento das demais superfícies expostas do dispositivo. Entretanto, se a voltagem aplicada ao eletrodo de indução for relativamente baixa, a intensidade de atração provocada pelo campo eletrostático estabelecido será menor.

[019] Quando o líquido é pulverizado, o jato em alta velocidade cria uma turbulência no ar, provocando seu fluxo na mesma direção de pulverização das gotas. A aceleração da camada de ar próxima ao jato provoca o arraste de uma porcentagem das gotas eletrificadas para fora da zona de influência de atração do eletrodo de indução, reduzindo o seu molhamento. Assim, uma redução do molhamento do eletrodo de indução, bem como do corpo do dispositivo de indução, pode ser conseguida pela ação conjunta de dois fatores: baixa atração do campo eletrostático e arrasto do jato de gotas provocado pelo fluxo turbulento de ar.

[020] Embora muito próximo à região de formação das gotas a intensidade do campo eletrostático seja elevada, à medida que as gotas se afastam minimamente do dispositivo pulverizador, em direção ao alvo de interesse, a intensidade do campo eletrostático diminui expressivamente. Usando tensões nominais mais baixas que as usualmente empregadas com dispositivos de pulverização eletrostática, obtém-se a intensidade de campo elestrostático necessária à eletrificação adequada das gotas na região em que estas são formadas e, ao mesmo tempo, obtém-se nas imediações subsequentes campo eletrostático em intensidades tais que exercem menor efeito de atração sob as gotas carregadas. Tem-se assim uma diminuição do fenômeno de retroatração, que resulta, portanto, em menor molhamento do eletrodo de indução e do corpo do dispositivo de indução.

[021] Ainda que seja possível reduzir o molhamento das superfícies do dispositivo de indução tratando a influência do campo eletrostático, a incidência do fenômeno de retroatração pode ser amenizado mas não eliminado completamente. Embora em menor proporção, haverá molhamento do eletrodo e demais partes expostas do dispositivo durante a operação de pulverização eletrostática. O acúmulo excessivo de liquido nas superfícies expostas do corpo do dispositivo de indução provoca a formação de lâminas líquidas, que propiciam a formação de curto-circuito entre o eletrodo de indução e o corpo do bico de pulverização. Já o acúmulo de líquido sobre as superfícies do eletrodo de indução provoca a perda de calda por gotejamento, e interfere na eletrificação das gotas, prejudicando o processo de indução eletrostática.

[022] Considerando os dispositivos conhecidos, o suporte do eletrodo de indução, ou corpo do dispositivo, é construído com material rígido polimérico, sendo os materiais poliméricos uma escolha natural por, em geral, serem isolantes elétricos. No entanto, o desempenho do polímero quanto à hidrofobicidade não é levado em consideração. A consequência da utilização de materiais que não apresentam alto índice de hidrofobicidade para a constituição do corpo do dispositivo é que, decorrido determinado tempo da operação de pulverização, a superfície do corpo do dispositivo (estrutura suporte do eletrodo) fica totalmente molhada, e uma fina lâmina líquida contínua se forma, condição altamente propícia à geração de curto-circuito entre o eletrodo de indução e o bico de pulverização e, consequentemente, prejudicando o processo de eletrificação do sistema. Outro aspecto relevante está relacionado à ocorrência de fugas pela presença de molhamento; nesse caso, a tensão de indução começa a diminuir, provocando um aumento de consumo de corrente elétrica. Tal condição configura aumento de custo e redução da eficiência operativa do dispositivo.

[023] Nesse contexto, uma forma de evitar a formação de lâminas líquidas sobre as superfícies expostas do dispositivo é a utilização de material que apresente característica de elevada hidrofobicidade para a constituição do corpo do dispositivo (estrutura de suporte do eletrodo de indução). Materiais hidrófobos são materiais que apresentam baixa afinidade com àgua ou, em outras palavras, elevado grau de repulsão à água. As gotas depositadas sobre superfíces formadas em materiais hidrófobos formam bolhas que estabelecem ângulo de contato superior a 90° com a superfície, caracterizando uma condição de baixa molhabilidade. A borracha de silicone é um material classificado como altamente hidrófobo, tal que as gotas depositadas em sua superfície formam glóbulos que estabelecem elevado ângulo de contato e que não espalham, gerando condição extremamente não propícia à formação de lâminas líquidas contínuas. Tal condição se mostra de enorme relevância quando se trata de molhamento das superfícies que constituem o corpo dos dispositivos de pulverização eletrostática; a resistência do material à formação de lâminas líquidas contínuas estabelece um meio seguro de previnir a ocorrência de descargas disruptivas pela constituição de um caminho de baixa resistência elétrica.

[024] Com respeito ao acúmulo de líquido sobre o eletrodo de indução, conforme já mencionado, as tecnologias existentes tentam contornar essa questão protegendo o eletrodo por meio de alojamentos, estruturas de cobertura ou arranjos tipo sanduíche. Considerando a minimização do fenômeno de retroatração por meio do controle da influência do campo eletrostático, embora em intensidade reduzida, o fenômeno de retroatração ainda ocorrerá, provocando o molhamento do eletrodo. As gotas que se acumulam sobre a superfície do eletrodo prejudicam a eficiência do sistema uma vez que, em grande quantidade, provocam o gotejamento de calda, resultando em perda do líquido de pulverização. Ainda, como as gotas que se acumulam sobre a superfície do eletrodo adquirem carga de mesma polaridade do eletrodo, as mesmas passam a atuar neutralizando as cargas que haviam adquirido carga de polaridade oposta pela indução eletrostática. Nesse sentido, evitar o acúmulo de líquido sobre as superfícies do eletrodo toma-se um fator de vital importância para se obter um dispositivo que forneça oeperação eficiente. Uma forma de evitar o acúmulo de líquido sobre as superfícies do eletrodo de indução, sem fazer uso do artifício de protegê-los por meio de outras estruturas, é reduzindo a área superficial do eletrodo, deixando à exposição uma área mínima tal que o acúmulo de gotas sobre a superfície seja dificultado. Essa condição pode ser obtida por meio de uma redução nas dimensões do eletrodo de indução, tal que resulte em pequena área superficial exposta, sem no entanto provocar detrimento à função de corpo indutor no processo de indução eletrostática.

[025] Assim, considerando o cenário da tecnologia de pulverização eletrostática com o uso de pulverizadores hidráulicos com base nos dispositivos de indução elestrostática do estado da técnica, a presente invenção provê soluções de dispositivos de indução que se mostram mais eficientes por, além de minizar a incidência do fenômeno da retroatração controlando a influiência do campo eletrostático, prover meios de evitar o acúmulo de líquido sobre as superfícies expostas do dispositivo. As soluções de dispositivo de indução propostas operam sob baixas magnitudes de tensão nominal e constituem-se de uma estrutura suporte feita em borracha de silicone, e um eletrodo de indução de dimensões reduzidas, posicionado em configuração integralmente exposta, e suportado pela referida estrutura em borracha de silicone.

[026] O uso de baixas magnitudes de tensão nominal associado ao adequado posicionamento do eletrodo de indução na região de formação das gotas provê um meio de controlar a influência do campo eletrostático de forma que, na região de formação das gotas obtenha-se a intensidade de campo necessária à adequada eletrificação das gotas, e nas imediações subsequentes obtenha-se intensidade de campo reduzida tal que resulte em uma redução expressiva da sua influência sobre as gotas já carreggadas, reduzindo assim o fenômeno indesejado de retroatração.

[027] Conforme já discutido, o fenômeno de retroatração pode ser minimizado, mas não completamente eliminado; assim, ainda que em menor incidência, haverá molhamento do eletrodo de indução e do corpo do dispositivo. Para abarcar a questão deste molhamento, que ainda ocorrerá embora em menor intensidade, a presente tecnologia de dispositivo de indução propõe o uso da borracha de silicone para a constituição do corpo do dispositivo e a redução das dimensões do eletrodo de indução.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[028] A presente invenção trata de soluções de dispositivos de indução, os quais provêem, por meio de seus acoplamentos a bicos hidráulicos, a conversão de dipositivos de pulverização convencionais em dipositivos de pulverização eletrostática.

[029] As soluções de dispositivos de indução da presente invenção referem-se, em essência, a uma estrutura suporte para um eletrodo de indução, e um eletrodo de indução. A estrutura suporte constitui o corpo do dispositivo de indução é conformada em material hidrófobo, tal como a borracha de silicone; o eletrodo de indução é confeccionado em arame de aço inoxidável de diâmetro variando entre 0,7 e 1,5 mm. O acoplamento do dispositivo de indução é feito por meio da estrutura suporte, que possui forma de capa e se encaixa sob pressão sobre a porca de fixação da ponta de pulverização hidráulica. O sistema de pulverização eletrostática, gerado pela associação do presente dispositivo de indução a um bico hidráulico, opera com magnitudes de tensão variando entre lkV e 6kV.

[030] Tais soluções dizem respeito a novas disposições construtivas de suportes dotados de eletrodos de indução, acopláveis a bicos hidráulicos, os quais objetivam prover maior segurança e maior eficiência na operação de pulverização eletrostática por resultarem na obtenção de redução expressiva no fenômeno de retroação de gotas carregadas eletricamente. A reatroatração trata-se de fenômeno indesejado por trazer como consequência o molhamento excessivo do dispositivo, prejudicando expressivamente sua operação,

[031] Pela tecnologia de dispositivo de indução proposta obtém-se uma minimização da incidência do fenômeno de retroatração por meio do controle da influência do campo eletrostático, sendo tal controle resultante da aplicação de tensões nominais de baixas magnitudes associadas à configuração de posicionamento do eletrodo de indução. O acúmulo excessivo de líquido sobre as superfícies expostas do dispositivo de indução é evitado por meio do uso de material altamente hidrófobo para a constituição do corpo do dispositivo e pelo uso de eletrodos de indução de menores dimensões.

[032] As variações de solução de dispositivo de indução conforme tecnologia proposta dizem respeito às variações de geometria assumidas pelo eletrodo de indução de modo a se adequar ao tipo de jato emitido pelo bico hidráulico utilizado em conjunto, assumindo a geometria aneliforme para uso com bicos hidráulicos de jato cone e geometria em arranjo de hastes paralelas para uso com bicos hidráulicos de jato leque.

BREVE DESCRICÂO DAS FIGURAS

[033] Figura 1 - apresenta em forma esquemática um sistema clássico de indução, para bicos de jato cônico.

[034] Figura 2 - apresenta em forma esquemática um sistema clássico de indução, para bicos de jato leque.

[035] Figura 3 - a ilustra de forma esquemática porcas de fixação usadas em pontas de pulverização, montadas em bicos hidráulicos de jato cônico (A) e de jato leque (B).

[036] Figura 4 - vistas frontal (VF), superior (VS) e lateral (VL) da concretização do eletrodo de indução em geometria aneliforme, que compõe a solução de dispositivo de indução da presente invenção para uso com bicos hidráulicos de jato cônico.

[037] Figura 5 - vistas frontal (VF), superior (VS) e lateral (VL) da concretização do eletrodo de indução em arranjo de hastes paralelas, que compõe a solução de dispositivo de indução da presente invenção para uso com bicos hidráulicos de jato leque.

[038] Figura 6 - vista lateral em corte da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato cônico, na qual se observa o dispositivo de indução, constituído pelo eletrodo de indução (1) e respectivo corpo suporte do eletrodo (2), acoplado ao bico hidráulico de jato cônico (2) por meio de encaixe sob pressão sobre porca de fixação (5), e a conexão do eletrodo de indução (2) ao cabo de alta tensão (4), através da espessura da estrutura em forma de capa que constitui o corpo suporte do eletrodo (2).

[039] Figura 7 - vista lateral da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato cônico, na qual se observa o eletrodo de indução (1), o corpo suporte do eletrodo (2), o bico de jato cônico (3) e o cabo de alta tensão (4).

[040] Figura 8 - vista superior da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato cônico, na qual se observa o eletrodo de indução (1), o corpo suporte do eletrodo (2) e o cabo de alta tensão (4).

[041] Figura 9 - vista frontal da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato cônico, na qual se observa o eletrodo de indução (1) e o corpo suporte do eletrodo (2).

[042] Figura 10 - vista lateral em corte da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato leque, na qual se observa o dispositivo de indução, constituído pelo eletrodo de indução (1) e respectivo corpo suporte do eletrodo (2), acoplado ao bico hidráulico de jato leque (2) por meio de encaixe sob pressão sobre porca de fixação (5), e a conexão do eletrodo de indução (2) ao cabo de alta tensão (4), através da espessura da estrutura em forma de capa que constitui o corpo suporte do eletrodo (2).

[043] Figura 11 - vista lateral da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato leque, na qual se observa o eletrodo de indução (1), o corpo suporte do eletrodo (2), o bico de jato cônico (3) e o cabo de alta tensão (4).

[044] Figura 12 - vista superior da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato leque, na qual se observa o eletrodo de indução (1), o corpo suporte do eletrodo (2) e o cabo de alta tensão (4).

[045] Figura 13 - vista frontal da concretização do dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato leque, na qual se observa o eletrodo de indução (1) e o corpo suporte do eletrodo (2).

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS ANEXO

[046] Figura 1A - apresenta a evolução histórica das pesquisas sobre a tecnologia de eletrificação de gotas com o uso de bicos hidráulicos, mostrando da esquerda para direita: (a) dispositivo dotado de eletrodo de indução de latão de grande diâmetro de espessura, o qual exigia uma extensão de tubulação com rosca; (b) dispositivo dotado de eletrodo de indução de grande diâmetro de espessura protegido por estrutura de politetrafluoretileno, destinada ao encaixe nas porcas de fixação das pontas de pulverização; (c) dispositivo dotado de eletrodo de indução de latão, de menor diâmetro de espessura e montado em suporte rígido de politetrafluoretileno, sendo que o dito suporte rígido recobria a porca de fixação da ponta de pulverização, e por tal exigia uma extensão de tubulação com rosca; (d) modelo de dispositivo de indução, dotado de eletrodo de indução constituído em arame inoxidável em geometria de anel com diâmetro de 13 mm, e respectivo suporte do eletrodo moldado em borracha de silicone, que se encaixa sobre a porca de fixação da ponta de pulverização; (e) modelo de dispositivo de indução, dotado de eletrodo de indução constituído em arame inoxidável em geometria de anel com diâmetro de 23 mm, e respectivo suporte do eletrodo moldado em borracha de silicone, que se encaixa sobre a porca de fixação da ponta de pulverização.

[047] Figura 2A - (I) primeiro protótipo de dispositivo de indução construído com cola de silicone acética, dotado de um eletrodo de indução de aço inoxidável em geometria de anel com 13 mm de diâmetro; (II) deposição obtida com o uso do dito protótipo, acoplado a um bico hidráulico de jato cônico com vazão de 200 mL/min e 1,5 kV de voltagem aplicada ao eletrodo.

[048] Figura 3A - detalhes frontal (I) e lateral (II) de uma concretização do dispositivo de indução da presente invenção para uso com bicos hidráulicos de jatos cônicos, constituído por um corpo suporte do eletrodo feito em borracha de silicone, e eletrodo de indução em geometria anelar com 23 mm de diâmetro.

[049] Figura 4A - detalhes frontal (I) e lateral (II) de uma concretização do dispositivo de indução da presente invenção para uso com bicos hidráulicos de jatos leques, constituído por um corpo suporte do eletrodo feito em borracha de silicone, e eletrodo de indução estruturado em hastes paralelas separadas por uma distância de 23 mm.

[050] Figura 5A - concretizações do dispositivo de indução da presente invenção, sendo à esquerda o dispositivo de indução dotado de eletrodo em geometria aneliforme e à direita o dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas; no lado interno de cada dispositivo é mostrado o respectivo tipo de ponta de pulverização hidráulica à qual o dispositivo de indução mostrado deve ser acoplado, sendo um bico hidráulico de jato cônico para o dispositivo dotado de eletrodo aneliforme, e um bico hidráulico de jato leque para o dispositivo dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas, estando em ambos os bicos montadas as porcas de fixação, utilizadas para o encaixe sob pressão do respectivo dispositivo de indução.

[051] Figura 6A - apresenta duas concretizações de dispositivo de indução dotado de eletrodo em geometria aneliforme, sendo que a principal diferença entre as mesmas se refere à distância estabelecida entre a extremidade da região cônica do corpo suporte do eletrodo e a estrutura em anel do eletrodo de indução.

[052] Figura 7A - ilustra o molhamento resultante no corpo suporte do eletrodo em borracha de silicone como efeito da configuração de distância entre a estrutura em anel do eletrodo de indução e a extremidade da região cônica do corpo suporte do eletrodo; observa-se que, na configuração de dispositivo cujo eletrodo está posicionado mais próximo à extremidade da região cônica do corpo suporte do eletrodo, o eletrodo sofre menor efeito do fluxo de ar promovido pela turbulência do jato de gotas, provocando maior molhamento da estrutura em borracha de silicone que constitui o corpo suporte do dispositivo de indução.

[053] Figura 8A - (I) ilustra o dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas, acoplado a um bico hidráulico de jato leque em operação de pulverização, porém sem haver a eletrificação do eletrodo de indução (dispositivo de indução inoperante); (II) ilustra o dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas, acoplado a um bico hidráulico de jato leque em funcionamento, com a eletrificação do eletrodo de indução; observa-se a presença de líquido depositado sobre as superfícies do eletrodo de indução.

[054] Figura 9A - (I) apresenta um dispositivo de pulverização eletrostática em operação, obtido pelo acoplamento do presente dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas a um bico hidráulico de jato leque com vazão 900 mL/min; (II) ilustra o efeito da dispersão do jato de gotas eletrificadas, que é corroborado pelo fato de as gotas possuírem carga de mesma polaridade.

[055] Figura 10A - ilustra um experimento de deposição, realizado com o dispositivo de indução objeto do presente invento acoplado a um bico hidráulico de jato leque, onde: em (I) o dispositivo de indução encontra-se inoperante (sem eletrificação das gotas), e observa-se a não existência de manchas de deposição de gotas nos cartões amarelos, posicionados na face oposta da cantoneira alvo do jato de pulverização; em (II) observa-se a existência de manchas azuis no cartão amarelo, associadas à deposição de gotas do jato eletrificado, com o uso do dispositivo de indução acoplado ao bico hidráulico.

[056] Figura 11A - apresenta imagens referentes ao mesmo experimento de deposição realizado e mostrado pela Figura 10, sendo que (I) e (II) mostram em detalhe ampliado a deposição de gotas nos cartões amarelos, resultante da pulverização eletrostática efetuada com uso do dispositivo de indução objeto da presente invenção.

[057] Figura 12A - ilustra a variação dimensional das pontas de pulverização hidráulica disponíveis no mercado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[058] A presente invenção trata de soluções construtivas de dispositivos de indução para uso em bicos hidráulicos de jatos cônicos ou leques, para conversão destes pulverizadores convencionais em dispositivos de pulverização eletrostática. A invenção destina-se preferencialmente, mas não de forma restritiva, à aplicação de agrotóxicos, podendo ser utilizada em equipamentos de pulverização costal, tração animal ou motorizados.

[059] As soluções construtivas tais como propostas pela presente tecnologia de dispositivo de indução referem-se, em essência, a uma estrutura suporte para um eletrodo de indução, e um eletrodo de indução. No arranjo que caracteriza as soluções de dispositivo de indução da presente invenção, a estrutura suporte, que constitui o corpo do dispositivo de indução, possui forma de capa e encaixa-se sob pressão sobre a porca de fixação da ponta de pulverização hidráulica. Já o eletrodo de indução é fixado nesta estrutura suporte por meio de haste auxiliar, assumindo uma configuração exposta, tal que, quando o dispositivo de indução é acoplado a um bico hidráulico, o eletrodo é automaticamente posicionado à frente do orifício de saída do jato de gotas emitido pelo bico hidráulico.

[060] De acordo com a geometria formada pelo jato de gotas, os bicos de pulverização hidráulica utilizados na agricultura podem ser classificados em bicos de jatos cônicos, ou bicos de jatos planos ou leques, sendo que ambos os tipos são indicados para uso em sistemas de eletrificação por indução. Seja na configuração jato cônico ou jato leque, estes bicos possuem em seu interior elementos ou estruturas que forçam o líquido a emergir pelo orifício de saída em uma fina lâmina, que se rompe em gotas ao se chocar com o ar a uma pequena distância do orifício de emergência. Essa fina lâmina de líquido é fundamental no processo de indução, pois permite o deslocamento de cargas elétricas no líquido quando da existência de um campo eletrostático oriundo de um eletrodo eletrificado, posicionado próximo à zona de formação das gotas.

[061] As Figuras 1 e 2 apresentam de forma esquemática como ocorre o processo de indução clássico, com o eletrodo de indução posicionado nas proximidades da zona de formação das gotas de um bico hidráulico de jato cônico, e de um bico hidráulico de jato leque, respectivamente. Nos sistemas de carga por indução indireta, tal como aquele utilizado pela presente invenção, o líquido deve sempre ser aterrado para que o sistema funcione corretamente. No esquema apresentado pelas Figuras 1 e 2, os eletrodos de indução estão polarizados com carga positiva, atraindo portanto cargas negativas para a borda das lâminas líquidas, e repelindo as cargas positivas para o sistema de aterramento. As lâminas líquidas se rompem em gotas, levando as cargas negativas.

[062] Como as gotas adquirem cargas de polaridade oposta àquela do eletrodo de indução, parte delas é atraída pelo eletrodo, retomando em sua direção e provocando não só o seu molhamento, mas como também o molhamento das demais superfícies expostas do disposito. As soluções construtivas de suportes dotados de eletrodos de indução da presente tecnologia objetivam prover dispositivos de pulverização eletrostática, por meio da associação a bicos hidráulicos, que forneçam maior segurança e eficiência de operação. Tais aspectos melhorados de segurança e eficiência estão associados à obtenção, com o uso das soluções de dispositivos de indução da presente invenção, de uma minimização da incidência do fenômeno de retroatração de gotas carregadas. A redução da incidência deste fenômeno indesejado, que quando não minimizado provoca molhamento excessivo das partes expostas do dispositivo, é uma condição obtida como consequência do controle da influência do campo eletrostático sobre as gotas carregadas. Tal controle de influência resulta de uma ação conjunta gerada pela aplicação de baixas magnitudes de tensão ao sistema e pela configuração de posicionamento do eletrodo de indução. Estes aspectos tratados conjuntamente permitem que, na zona de geração de gotas, se obtenha a intensidade de campo eletrostático necessária para a eletrificação adequada das gotas e, ao mesmo tempo, na imediação posterior à dita zona de formação de gotas, se obtenha redução expressiva na intensidade do campo eletrostático atuante, tal que sua influência sobre as gotas já carregadas eletricamente seja reduzida, provocando menor retomo destas em direção ao eletrodo e ao corpo do dispositivo. Consequentemente, se há redução na incidência do fenômeno de retroatração de gotas, haverá diminuição do molhamento das superfícies expostas do dispositivo.

[063] Embora em intensidade reduzida, o fenômeno de retroatração não é completamente eliminado, de modo que, ainda que em menor proporção, ocorrerá molhamento das superfícies do eletrodo de indução e do corpo do dispositivo. Objetivando evitar a ocorrência de acúmulo excessivo sobre as partes expostas do dispositivo, as soluções construtivas propostas pela presente invenção fazem uso de material altamente hidrófobo para a constituição do corpo do dispositivo (suporte do eletrodo) e de eletrodos de indução construídos em dimensões reduzidas.

[064] A constituição do corpo do dispositivo em material super hidrófobo, tal como a borracha de silicone, resulta na obtenção de uma condição de superfície exposta do corpo do dispositivo que, mesmo submetida ao molhamento, não permite a formação de lâminas líquidas contínuas, uma vez que as gotas depositadas formam glóbulos que não se espalham. O risco associado à ocorrência de formação de lâminas líquidas contínuas sobre as superfícies do corpo do dispositivo deve-se ao fato de que estas lâminas constituiriam caminho de baixa resistência, propiciando a geração de curtos-circuitos e, assim, comprometendo a segurança de operação do dispositivo de pulverização eletrostática. Já a redução expressiva nas dimensões do eletrodo de indução gera uma condição de área mínima exposta, de modo que o acúmulo de líquido sobre o eletrodo de indução seja bastante dificultado. Além de o acúmulo excessivo de líquido sobre o eletrodo representar em perda de calda de pulverização por gotejamento, como as gotas depositadas sobre a superfície do eletrodo constituem-se de gotas que retomaram pelo fenômeno da retroatração, tais gotas irão adquirir carga de mesma polaridade do eletrodo de indução, e portanto, tenderão a se chocar com as gotas carregadas, neutralizando-as. Desta maneira, a perda de calda por gotejamento e o comprometimento da efetiva eletrificação das gotas configura a existência de graves problemas de funcionamento do dispositivo e a perda de eficiência na operação de pulverização eletrostática.

[065] Os dispositivos de indução da presente invenção são caracterizados por serem dotados de eletrodos confeccionados em arame de aço inoxidável cuja espessura diametral varia entre 0,7 a 1,5 mm. Esta configuração representa a obtenção de eletrodos de indução cujas dimensões se mostram substancialmente reduzidas em comparação às dimensões daqueles encontrados nos dispositivos de pulverização eletrostática do estado da técnica. Dimensões nesta magnitude fazem com que os eletrodos se estabeleçam em uma condição de área mínima exposta, dificultando a deposição de gotas e, por conseguinte, evitando o acúmulo de líquido sobre suas superfícies.

[066] A Figura 4 apresenta a configuração do eletrodo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato cônico, caracterizado por possuir geometria aneliforme e ser dotado de uma haste de sustentação lateral, utilizada para a fixação do eletrodo ao corpo do dispositivo. A configuração do eletrodo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato leque é mostrado pela Figura 5; neste caso, o eletrodo é configurado em um arranjo de duas hastes paralelas entre si e paralelas ao plano da superfície de saída do jato de pulverização, sendo que estas hastes paralelas se interligam por suas extremidades correspondentes por meio de estruturas de geometria aproximada à forma de um “Y”. Tais estruturas em “Y” proveem o meio de fixação do arranjo de hastes paralelas ao corpo do dispositivo.

[067] Os bicos hidráulicos de jato do tipo cone vazio possuem em seus interiores elementos difusores que promovem a rotação do líquido antes emergência do mesmo pelo orifício de saída. Considerando uma condição de rotação em alta velocidade, o líquido irá produzir uma fina lâmina cônica e oca que se afinará progressivamente até que esta se rompa em gotas ao se chocar com o ar. O ângulo formado por essa lâmina líquida em cone irá depender do projeto do elemento difusor e de características do orifício do bico de pulverização.

[068] A base da lâmina cônica, região onde a lâmina se rompe em gotas, pode apresentar diâmetro variando entre 10 e 15 mm, dependendo das particularidades da ponta de pulverização utilizada e das variações de pressão que existem entre os diferentes tipos de pulverizadores, os quais podem estar associados a bombas compressoras motorizadas ou de acionamento manual. Para que o processo de indução se estabeleça adequadamente com o uso de um bico hidráulico de jato tipo cone vazio, a distância de posicionamento do eletrodo em relação à zona de formação de gotas deverá ser equivalente a 1,0 mm para cada kV de tensão aplicado; assim, considerando a projeção cônica da lâmina líquida, o eletrodo em geometria aneliforme poderá apresentar diâmetro interno variando entre 12 mm e 25 mm. Considerando tais aspectos, como consequência, a tensão aplicada para realizar o processo de indução também poderá variar de 1,0 a 6,0 kV. As variações para os diâmetros do anel do eletrodo de indução e para a tensão nominal aplicada ao sistema, tais como definidas, são assim propostas também por se considerar a possibilidade de que a presente tecnologia de dispositivo de indução seja utilizada em pulverizadores que fazem uso de fluxo de ar, que ocasionaria a redução do diâmetro da base do cone gerado pela lâmina líquida, região onde a lâmina se rompe em gotas.

[069] Já no que diz respeito aos bicos hidráulicos de jato tipo leque, a lâmina é formada, teoricamente, essencialmente de acordo com o formato do orifício de saída do jato de pulverização. O eletrodo associado ao dispositivo de indução para uso com bicos hidráulicos de jato tipo leque permite grande simplificação em sua construção, necessitando apenas de duas hastes paralelas condutoras eletrificadas, posicionadas adequadamente em relação ao jato, para permitir o carregamento das gotas pelo processo de indução eletrostática. Considerando a configuração substancialmente plana do jato formado pelos bicos tipo leque, as hastes devem ser posicionadas paralelamente e lateralmente ao plano do jato, tal que o plano do jato seja estabelecido por entre as duas hates. Contuto, da prática, observa-se que muitas gotas escapam lateralmente ao plano do jato leque, de modo que o jato de gotas gerado assume uma distribuição ogival. Por tal motivo, deve-se ainda considerar que as hastes devem ser posicionadas afastadas uma da outra por distâncias suficientes que não configurem uma condição de molhamento direto de suas supeficies. O distanciamento que as hastes devem guardar uma da outra pode variar entre 15 e 25 mm, dependendo de particularidades do bico hidráulico de jato tipo leque com respeito ao orifício de saída, bem como de parâmetros de operação, como a pressão de saído do jato de pulverização. À semelhança das considerações feitas para o eletrodo em configuração aneliforme, se o dispositivo de indução for associado a pulverizadores que fazem uso de fluxo de ar, existe a possibilidade de a lâmina líquida em forma de leque produzida sofrer alterações de caráter dimensional e espacial, o que acarretará na necessidade de ajustar as distâncias de separação das hastes paralelas que definem o eletrodo de indução, bem como a magnitude de tensão aplicada ao sistema.

[070] Os dispositivos de indução da presente invenção são ainda caracterizados por compreender uma estrutura suporte para o eletrodo de indução, denominada corpo suporte do eletrodo. Tal estrutura constitui o corpo do dispositivo de indução e possui forma de capa, de modo a gerar uma cavidade de acoplamento para o encaixe interno do bico de pulverização hidráulica. A abertura desta cavidade se dá pelo lado posterior da estrutura em forma de capa, sendo que pelo lado anterior é provido um canal para encaixe da extremidade do bico hidráulico, respectiva àquela que contém o orifício de saída do jato de pulverização. O eletrodo de indução é fixado externamente à estrutura em forma de capa e no lado anterior desta, ou seja, tal que o eletrodo se posicione à frente do canal para encaixe da extremidade do bico hidráulico que contém o orifício de saída do jato.

[071] No caso do eletrodo em geometria aneliforme, o posicionamento e fixação do anel ao corpo suporte é realizado por meio uma haste de sustentação, afixada ao corpo suporte através da espessura do material o constitui, na região periférica ao canal para encaixe da extremidade do bico hidráulico. Já com respeito ao eletrodo configurado em arranjo de hastes paralelas, o posicionamento e fixação deste arranjo se dá à similaridade daquele descrito para a estrutura em anel do eletrodo aneliforme, diferindo pelo fato de que as hastes paralelas são presas ao corpo suporte em dois pontos, posicionados na região periférica ao canal para encaixe da extremidade do bico hidráulico e em simetria oposta, através das estruturas em “Y” que constituem suas estruturas de sustentação.

[072] O corpo suporte do eletrodo conforme soluções propostas pela presente invenção é constituído em material altamente hidrófobo, tal como a borracha de silicone. Dos materiais elastoméricos, a borracha de silicone é aquele que, além de propiciar elevado grau de repulsão à água, trazendo benefícios de extrema relevância à tecnologia de dispositivos de indução eletrostática, ainda oferece melhores propriedades de isolamento elétrico a elevadas magnitudes de voltagem. Existem vários tipos de borrachas de silicone, sendo que dentre estes se pode citar aquelas vulcanizáveis a quente, as vulcanizáveis a frio e as borrachas de silicone líquidas. Testes de laboratório realizados com dispositivos de indução eletrostática cujos corpos suportes foram construídos com borracha dc silicone líquida bi-componente demostraram que as gotas atraídas para o corpo do dispositivo e depositadas sobre superfícies constituídas em tal material promovem a formação de glóbulos líquidos que não se espalham, sendo ainda observado que a eletrificação das gotas se mantém estável, com pouca ou nenhuma influência em termos de alteração da tensão de indução aplicada, ou de elevação de consumo de corrente.

[073] O corpo suporte do eletrodo em forma de capa (corpo do dispositivo de indução), que deve ser constituído em material altamente hidrófobo, pode então ser moldado em borracha de silicone. Os aspectos característicos resultantes da conformação em borracha de silicone, advindos essencialmente da alta flexibilidade oferecida por este material, permitem que o corpo suporte do eletrodo seja acoplado ao bico hidráulico sob pressão, diretamente sobre a porca de fixação de ponta de pulverização. A Figura 3 mostra de forma esquemática a porca de fixação de pontas de pulverização, sob a qual o corpo suporte do eletrodo é acoplado sob pressão; sendo em (A) mostrada a porca de fixação em uma ponta de pulverização de jato cônico e em (B) mostrada a porca de fixação em uma ponta de pulverização de jato leque.

[074] O corpo suporte do eletrodo, ou corpo do dispositivo, ao ser acoplado a um bico hidráulico de jato cônico ou leque, automaticamente posiciona o eletrodo de indução à frente do orifício de saída do jato de pulverização, a uma distância deste orifício correspondente à região de formação das gotas. No caso do eletrodo de indução de geometria aneliforme, a conexão do eletrodo de indução ao cabo de alta tensão é feita por meio da haste de sustentação auxiliar do eletrodo. Esta haste de sustentação auxiliar, além de fixar a estrutura em anel do eletrodo de indução ao corpo suporte, estabelece a conexão do eletrodo ao cabo de alta tensão, que se dá através da espessura da estrutura em capa que forma o corpo suporte do eletrodo. A diferença para o eletrodo estruturado em arranjo de hastes paralelas é que, embora tal arranjo seja fixado ao corpo suporte por meio de duas estruturas auxiliares em forma de “Y”, a conexão ao cabo de alta tensão se dá utilizando apenas uma destas duas estruturas em “Y”, que liga o eletrodo de indução em arranjo de hastes paralelas ao cabo de alta tensão através da espessura da estrutura que forma o corpo suporte do eletrodo.

[075] As Figuras 6 e 7 apresentam, esquematicamente, o sistema de pulverização eletrostática gerado pelo acoplamento da solução de dispositivo de indução da presente invenção, dotado de eletrodo aneliforme, acoplado a um bico hidráulico de jato cônico. As Figuras 10 e 11 apresentam, esquematicamente, o sistema de pulverização eletrostática gerado pelo acoplamento da solução de dispositivo de indução da presente invenção, dotado de eletrodo estruturado em arranjo de hastes paralelas, acoplado a um bico hidráulico de jato leque.

[076] Nas Figuras 6 e 10 observa-se o arranjo interno de acoplamento do corpo suporte do eletrodo sobre a porca de fixação da ponta de pulverização, sendo a Figura 6 respectiva à configuração de dispositivo de indução dotado de eletrodo aneliforme associado a uma ponta de pulverização do tipo jato cônico, e a Figura 10 respectiva à configuração de eletrodo de indução dotado de arranjo em hastes paralelas associado a uma ponta de pulverização do tipo jato leque.

[077] Nas Figuras 7 e 11 observa-se o dispositivo de indução tal como visto exteriormente, recobrindo a ponta de pulverização hidráulica, de modo que somente a região extrema que contém o orifício de saída da ponta de pulverização projeta-se para o meio externo, através do canal compreendido no lado anterior do corpo suporte do eletrodo. A Figura 6 corresponde ao sistema gerado pelo dispositivo de indução dotado eletrodo aneliforme associado a um bico hidráulico de jato cônico, enquanto que a Figura 11 corresponde ao sistema gerado pelo dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas associado a um bico hidráulico de jato leque.

[078] As Figuras 8, 9, 12 e 13 apresentam outras vistas das soluções de dispositivo de indução da presente invenção, mostrando aspectos de geometria e do posicionamento de fixação do eletrodo de indução, e de forma da capa que constitui o corpo suporte do eletrodo. As Figuras 8 e 9 correspondem à solução de dispositivo de indução dotado de eletrodo aneliforme, e as Figuras 12 e 13 correspondem à solução de dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas.

[079] Na versão de dispositivo de indução destinado ao uso com bicos hidráulicos de jatos cônicos, a configuração do corpo suporte do eletrodo é tal que a forma de capa assumida ainda apresenta conicidade no lado anterior, afunilando-se suavemente em direção à extremidade onde se localiza o canal para encaixe da terminação da ponta de pulverização que contém o orifício de saída do jato de pulverização. Esta configuração objetiva melhorar aspectos de aerodinâmica das superfícies do corpo do dispositivo, visando facilitar o fluxo de ar produzido pela ação turbulenta do jato de gotas. Em geral, para os bicos hidráulicos de jato tipo cone, a zona de formação das gotas se situa a uma distância que varia entre 4 e 7 mm do orifício de saída do bico. A existência de tal conicidade possibilita que as superfícies contidas no lado anterior do corpo suporte do eletrodo se configurem em condição mais afastada do eletrodo de indução e da zona de formação de gotas, permitindo um livre fluxo do ar, que assume a mesma direção do jato de pulverização como consequência da turbulência gerada na camada de ar pelo jato de gotas expelido em alta velocidade. Esse fluxo natural do ar, arrastado pelo jato de gotas, associado ao pequeno diâmetro do fio metálico de aço inox que constitui o eletrodo de indução, dificulta a deposição das gotas retroatraidas sobre as superfícies do corpo suporte do eletrodo, bem como sobre as superfícies do próprio eletrodo de indução.

[080] Já com respeito ao sistema formado pelo dispositivo de indução com o uso de bicos hidráulicos de jato leque, que produz jato em formação plana, sabe-se que a zona de formação de gotas ocorre a aproximadamente 20 mm de distância do orifício de saída da ponta de pulverização. Nesse caso, considerando a existência natural de um maior afastamento entre as superfícies do corpo suporte do eletrodo e o eletrodo de indução, não se faz necessária a otimização de forma desta estrutura que constitui o corpo suporte do eletrodo com respeito à melhoria de propriedades aerodinâmicas.

[081] E importante ressaltar que, devido aos aspectos de flexibilidade do corpo suporte do eletrodo, conferidos pela borracha de silicone, são possibilitadas ações de ajustes refinados de posicionamento do eletrodo de indução, visando adequar este posicionamento às pequenas alterações que podem ocorrer quanto à forma do jato de pulverização expelido e quanto à distância na qual se estabelece a zona de formação de gotas, geradas como consequência de variações nos parâmetros de operação.

[082] Apesar de a estrutura em forma de capa que constitui o corpo suporte do eletrodo poder ser moldada para se adaptar sem restrições a qualquer dispositivo ou elemento de fixação da ponta de pulverização, como por exemplo os sistemas de engate rápido, as respresentações esquemáticas mostradas pelas figuras ilustram apenas configurações de acoplamento do dispositivo de indução nos quais as pontas de pulverização estão equipadas por porcas com rosca, para fixação de pontas tais como aquelas utilizadas em sistemas pulverizadores costais. Nesse contexto, entende-se pertencente ao mesmo conceito inventivo que caracteriza o corpo suporte do eletrodo de indução, tal como definido pela presente tecnologia e preferencial mente constituído em borracha de silicone, a adaptação de uma estrutura suporte para o eletrodo para acoplamento em sistemas de engate rápido (não ilustrados aqui devido à grande diversidade de modelos), existentes para pontas de pulverização do tipo cone ou leque, e utilizadas em equipamentos tratorizados. A mesma semelhança, o conceito de otimização quanto a aspectos aerodinâmicos com respeito à forma do corpo suporte do eletrodo construído em borracha de silicone (formatos ovoides, por exemplo), para uso com pulverizadores que se utilizam de fluxo de ar auxiliar, deve ser interpretado de maneira ampla, de modo que tais alternativas de concretização se encontram cobertas no âmbito da presente tecnologia tal como revelada.

[083] As soluções de dispositivo de indução propostas pela presente invenção, além de representarem avanço tecnológico no campo da pulverização eletrostática com o uso de bicos hidráulicos, possibilitando a amenização expressiva dos efeitos negativos associados à incidência do fenômeno de retroatração de gotas, ainda apresentam as vantagens de fornecer aspectos melhorados de segurança de operação, e de facilitar as operações de limpeza das partes e de substituição de peças do sistema de pulverização eletrostática gerado.

Exemplos

[084] As Figuras 2A-11A referem-se a imagens de concretizações das soluções do dispositivo de indução da presente invenção, e de resultados obtidos com testes de operação realizados com tais concretizações associadas a bicos hidráulicos de jato cônico e de jato leque.

[085] A Figura 2A ilustra o primeiro protótipo construído e resultado da deposição eletrostática obtido com o seu uso em associação a um bico hidráulico de jato cônico. A imagem (I) apresenta o referido protótipo cujo corpo suporte do eletrodo foi confeccionado com borracha de silicone, mais especificamente com cola de silicone acética. Tal composto de silicone apresentou a desvantagem de apresentar aspectos de moldagem bastante dificultosos. A imagem (II) apresenta o resultado da deposição de gotas obtida em cartões sensíveis à água, posicionados nas faces posteriores de um alvo constituído por uma cantoneira de aço inoxidável, com abas de 80 mm. A pulverização eletrostática foi realizada com breve passagem do jato de pulverização, emitido a uma vazão de 200 mL/min e a uma distância de 30 cm da quina da cantoneira. O eletrodo de indução em geometria aneliforme apresentava diâmetro de 13 mm, e a tensão de indução aplicada foi de cerca de 1,5 kV. Observou-se que as gotas carregadas eletricamente contornaram o alvo e se depositaram nas faces posteriores do alvo, resultando em grau razoável de deposição.

[086] As Figuras 3A e 4A ilustram, respectivamente, concretizações do dispositivo de indução da presente tecnologia para uso com bicos hidráulicos de jato cônico e de jato leque. A concretização mostrada pela Figura 3A apresenta eletrodo de indução em geometria aneliforme, enquanto que a concretização mostrada pela Figura 4A apresenta eletrodo de indução em arranjo de hastes paralelas. A Figura 5A mostram as concretizações do dispositivo de indução com respeito à variação do eletrodo de indução, cada qual acompanhado do correspondente tipo de bico hidrálico destinado ao uso em associação: à esqueda da imagem observa-se o dipositivo de indução dotado de eletrodo aneliforme e o a ponta de pulverização de jato cônico ao seu lado, e à direita, o dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas e ponta de pulverização de jato leque ao seu lado. O corpo suporte do eletrodo em ambas as concretizações foi confeccionado por meio de moldagem de borracha de silicone bi componente (borracha líquida e catalizador).

[087] A Figura 6A ilustra dois protótipos de dispositivo de indução para uso com bicos hidráulcios de jato cônico, sendo o corpo suporte de ambos constituídos em borracha de silicone e ambos os eletrodos de indução caracterizados por anéis de 23 mm de diâmetro, porém os eletrodos apresentando diferentes posições de afastamento quanto ao corpo suporte, de modo que em um dos protótipos o eletrodo de indução se apresenta mais afastado da região de superfície cônica do corpo suporte do eletrodo. A eletrificação dos eletrodos foi provida por fonte única na magnitude de 4 kV. O resultado da deposição obtido pode ser observado conforme imagem mostrada pela Figura 7A: na configuração do dispositivo cujo eletrodo de indução foi posicionado mais próximo ao corpo suporte, resultou em maior incidência e extensão de molhamento das superfícies expostas do corpo do dispositivo. A presença do eletrodo de indução em posição mais próxima às superfícies do corpo suporte prejudicou o arraste aerodinâmico do fluxo de ar proporcionado pelo jato de gotas expelido em alta velocidade, e por tal motivo acarretou em maior molhamento.

[088] A Figura 8A apresenta uma concretização do dispositivo de indução acoplado a um bico hidráulico de jato leque. A imagem (1) mostra o sistema de pulverização gerado em operação, porém sem eletrificação. Já a imagem (II) mostra o mesmo sistema de pulverização, porém eletrificado; observa-se a presença de gotas sobre as hastes paralelas do eletrodo de indução, como consequência da incidência do fenômeno de retroatração.

[089] A Figura 9A ilustra um sistema de pulverização eletrostática em funcionamento, gerado pelo acoplamento do dispositivo de indução da presente invenção a um bico hidráulico de jato leque. O sistema operava com vazão de 900 mL/min e com eletrodo de indução polarizado com tensão de 4 kV. E possível observar a maximização da distribuição das gotas no jato de pulverização gerado, considerando que as gotas eletrificadas se afastam do plano do jato por incidir um efeito de repulsão entre as mesmas, uma vez que possuem cargas do mesmo sinal.

[090] A Figura 10A apresenta sistema de pulverização eletrostática em funcionamento, gerado pelo acoplamento do dispositivo de indução da presente invenção a um bico hidráulico de jato leque. Na imagem (I) é mostrado o sistema em operação de pulverização, porém sem eletrificação; observa-se a inexistência de manchas nos cartões sensíveis à agua, comprovando a não ocorrência de deposição sobre os mesmos. Na imagem (II) é mostrado o mesmo sistema, porém em operação de pulverização eletrostática; comprova-se a ocorrência de deposição de gotas pela existência de pequenas manchas azuis nos cartões. A Figura 11A apresenta resultado do mesmo experimento, sendo possível observar por meio da quantidade de manchas nos cartões a existência de expressiva deposição de gotas, obtida com menos de um segundo de operação de pulverização.

[091] Considerando os experimentos realizados com as concretizações de dispositivo de indução da presente tecnologia, sejam em associação a bicos hidráulicos de jatos cônicos ou leques, a análise das manchas observadas sobre os cartões sensíveis à água demonstram que as gotas depositadas pela ação eletrostática sempre apresentam diâmetros inferiores a 120 micrometros.

[092] Nos testes de pulverização eletrostática cuja tensão de indução tenha sido estabelecida na faixa entre 1 e 2 kV, com o uso de bicos hidráulicos de vazão inferior a 250 mL/min, a densidade das gotas depositadas resulta em torno de 30 a 50 gotas/cm2, Para tais condições de operação, os eletrodos de indução devem ser posicionados mais próximos à zona de formação de gotas; nesta configuração é possível obter como resultado uma magnitude de molhamento bastante reduzida sobre as superfícies de borracha que constituem o corpo suporte do eletrodo.

[093] Já para operações de pulverização cuja tensão de indução varia na faixa entre 2 e 4 kV, com o uso de bicos hidráulicos de vazão inferior a 250 mL/min e dipositivo de indução dotado de eletrodo em geometria aneliforme de 23 mm de diâmetro para de jatos cônicos, ou dispositivo de indução dotado de eletrodo em arranjo de hastes paralelas de 23 mm de afastamento para jatos leques, a densidade das gotas depositadas resulta em torno de 60 a 200 gotas/cm2. Nestas condições de operação, observa-se um aumento do molhamento das superfícies de borracha que constituem o corpo suporte do eletrodo, contudo não evidenciado efeito depreciativo na eficiência de deposição nos alvos. A distância que os sistemas de pulverização devem guardar em relação aos alvos deve ser estabelecida na faixa entre 30 e 40 cm. Bicos hidráulicos que apresentam maiores magnitudes de vazão funcionarão com as soluções de dispositivo de indução da presente invenção, entretanto irão exigir maior magnitude de pressão na emissão do jato, com o propósito de obter a geração de gotas em tamanho adequado tal que possam ser beneficiadas pelo fenômeno da atração eletrostática.

Claims (14)

1. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos caracterizado por:

   • i. ser constituído por um eletrodo de indução e um corpo suporte do dito eletrodo;
   • ii. o eletrodo de indução ser constituído em arame de aço inoxidável de diâmetro de espessura variando entre 0,7 e 1,5 mm e ter área superficial total exposta variando entre 100 e 800 mm2;
   • iii. o corpo suporte do eletrodo de indução ser constituído em material hidrófobo e isolante e possuir forma de capa, dotado de cavidade de acoplamento do bico de pulverização hidráulica pelo seu lado posterior, e de canal de encaixe da extremidade do bico que contém a saída do jato de pulverização pelo seu lado anterior;
   • iv. o corpo suporte do eletrodo ser dotado, na espessura da estrutura em forma de capa, de pelo menos um canal de posicionamento e fixação do eletrodo de indução, e de um canal de conexão do cabo de alta tensão ao eletrodo de indução.
2. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material hidrófobo e isolante de constituição do corpo suporte do eletrodo ser a borracha de silicone.
3. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eletrodo de indução ter geometria aneliforme, sendo composto por um elemento em anel e uma haste de sustentação lateral de fixação do elemento em anel ao corpo suporte do eletrodo.
4. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eletrodo de indução ser estruturado em duas hastes paralelas entre si e ao plano da superfície de saída do jato de pulverização, sendo que as ditas hastes paralelas se interligam por suas extremidades correspondentes por meio de estruturas em forma de “Y”.
5. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o elemento em anel do eletrodo de indução ter diâmetro interno variando entre 12 e 25 mm.
6. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a distância entre as hastes paralelas do eletrodo de indução variar entre 15 e 25 mm.
7. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 3 ou 5, caracterizado por ser acoplável a bicos hidráulicos de jato cônico.
8. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 4 ou 6, caracterizado por ser acoplável a bicos hidráulicos de jato leque.
9. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com as reivindicações 7 e 8, caracterizado pelo fato de ser encaixado sob pressão sobre elemento de fixação do bico hidráulico de pulverização.
10. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicações 9, caracterizado pelo fato de o elemento de fixação ser uma porca.
11. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o corpo suporte do eletrodo apresentar geometria externa afunilada na direção da extremidade de saído do jato de pulverização eletrificado.
12. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de gotas de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a tensão aplicada ao eletrodo de indução variar entre 1 kV e 6 kV.
13. Dispositivo de indução para eletrificação de jatos de bicos hidráulicos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por constituir um meio de conversão de dispositivos de pulverização hidráulicos em dispositivos de pulverização eletrostática.
14. Corpo suporte do eletrodo, caracterizado por ser constituído por uma estrutura em forma de capa, dotada de uma cavidade de acoplamento do bico de pulverização hidráulica pelo seu lado posterior, e de canal de encaixe da extremidade do bico que contém a saída do jato de pulverização pelo seu lado anterior, sendo a dita estrutura em forma de capa constituída em borracha de silicone.

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