BR102016003779A2 - Equipment and process for the massive dilution of gases in liquids - Google Patents

Abstract

equipamento e processo para a diluição massiva de gases em líquidos a presente invenção situa-se nos campos da engenharia química e ambiental, sendo relacionada a um equipamento para a dissolução massiva de gases em líquidos, mediante a formação de filmes finos de líquido e a troca de gases com os referidos filmes. o equipamento adicionalmente proporciona a movimentação de líquidos a grandes distâncias a partir do movimento ascendente de bolhas em seu interior. em uma concretização, o equipamento compreende meios para alterar a direção do fluxo de água, sendo este aspecto particularmente útil para a recuperação de corpos líquidos como lagoas e enseadas. além de proporcionar elevada taxa de dissolução de gases em líquidos, o equipamento da invenção é muito eficiente energeticamente e tem capacidade volumétrica muito grande, contornando assim as limitações do estado da técnica.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção Equipamento e Processo para a Diluição Massiva de Gases em Líquidos Criação e Campo da Invenção [0001] O presente relatório contempla conhecimentos, informações e/ou dados confidenciais utilizáveis na indústria, comércio ou prestação de serviços, para os quais o detentor requer: a proteção estabelecida no inciso XXIX do Art. 5o da Constituição Federal; a manutenção do status jurídico de confidencialidade/segredo; a manutenção do status físico de confidencialidade/segredo pelo tempo previsto na Lei 9.279/96, Lei da Propriedade Industrial; e os direitos previstos no Art. 195 da Lei 9.279/96.

[0002] A íntegra do conteúdo deste pedido de patente é segredo industrial do depositante, sendo ativo imaterial resultante de esforços e investimentos no desenvolvimento do objeto, na manutenção do sigilo e em sua proteção. O conceito inventivo ora revelado e exemplificado de uma ou mais formas foi tratado como segredo industrial e não foi previamente revelado publicamente até o momento do depósito deste pedido de patente.

[0003] A criação industrial ora descrita compreende uma invenção passível de proteção patentária. A presente invenção situa-se nos campos da Engenharia Química e Ambiental, sendo relacionada a um equipamento para a dissolução massiva de gases em líquidos, mediante a formação de filmes finos de líquido e a troca de gases com o referido líquido. O equipamento da invenção adicionalmente proporciona a movimentação de líquidos a grandes distâncias a partir do movimento ascendente de bolhas em seu interior, com pouco ou nenhum consumo de energia externa. Além de proporcionar elevada taxa de dissolução de gases em líquidos, o equipamento da invenção é muito eficiente energeticamente e tem capacidade volumétrica muito grande devido à sua configuração, contornando assim as limitações do estado da técnica.

Antecedentes da Criacão/lnvencão [0004] A dissolução de gases em líquidos é um problema técnico particularmente relevante nos casos de gases pouco solúveis, o que limita a quantidade de gases dissolvidos, sua velocidade de dissolução e/ou envolve elevada demanda energia e custo para ser realizado. A oxigenação de corpos líquidos, por exemplo, é um desafio técnico ainda não superado - como evidenciam os eventos de mortandade de peixes na Lagoa Rodrigo de Freitas (RJ), bem como o estado do complexo de lagoas da Baixada de Jacarepaguá (RJ) e do complexo lagunar de Osório (RS), dentre vários outros casos no Brasil ou outros países.

[0005] Além disso, a severa crise hídrica que assola diversos países e mais recentemente o Brasil tem chamado a atenção para a questão da gestão dos recursos hídricos e a necessidade de novas tecnologias para superar os gargalos existentes. De especial importância neste contexto são os “corpos líquidos”, ou seja, rios, lagoas, represas, lagunas, enseadas, praias e manguezais. O crescimento desordenado das cidades e especialmente a falta de adequado manejo dos recursos hídricos e/ou de efluentes têm gerado crescente pressão sobre tais corpos líquidos, seja pelo uso excessivo da água, seja pelo despejo de cargas orgânicas nos mesmos, ou ambos, provocando substancial aumento da concentração de substâncias indesejáveis e elevada demanda de oxigênio (DBO, DQO, demanda bioquímica de oxigênio e demanda química de oxigênio, respectivamente).

[0006] Também têm tido significativo aumento as iniciativas de processos de aquicultura para a produção de alimentos em cativeiro, notadamente em tanques de cultivo de peixes, camarões, algas etc. Esta indústria tem também enfrentado dificuldades técnicas relativas à produtividade e/ou à qualidade dos produtos, da água de uso, reúso ou de descarte.

[0007] Nos casos citados acima, a baixa concentração de oxigênio dissolvido na água é um problema técnico frequente e ainda não resolvido de forma satisfatória. Ainda que sejam disponíveis variados dispositivos e equipamentos para a dissolução de gases em líquidos, como a aeração forçada e seu uso na conservação ou recuperação de corpos líquidos, tais sistemas são infelizmente limitados em vários aspectos técnicos, como a baixa capacidade volumétrica e/ou eficiência de introdução de gases nos corpos líquidos, o alto consumo de energia para tanto, complexidade de montagem e/ou operação, ou combinações detas limitações.

[0008] A introdução de ar em corpos líquidos tem sido utilizada há muitos anos como forma de melhorar o desempenho de sistemas de tratamento biológico para a remoção de carga orgânica, sendo predominantemente aplicada a efluentes líquidos, ou seja, em ambientes contidos como as estações de tratamento. Semelhante abordagem vem sendo adotada para a melhoria da qualidade e/ou produtividade de sistemas e aquicultura como o de peixes, camarões, algas e outros organismos cultiváveis em tanques ou outros corpos líquidos. Entretanto, as tecnologias disponíveis para tais aplicações têm substanciais limitações. Além disso, corpos líquidos abertos, como rios, lagoas, enseadas e praias não são em geral ambientes propícios à abordagem de introdução de ar/oxigênio de forma forçada, devido às limitações de escla ou custo das tecnologias atuais. A presente invenção proporciona uma solução para estes problemas.

[0009] Uma dificuldade significativa no estado da técnica relativo aos sistemas de aeração de corpos líquidos (tanto em sistemas de bioremediação aeróbica quanto em aquicultura) reside no fato de que a grande maioria de tais sistemas requer muita energia para a introdução de ar no corpo líquido, sendo ademais pouco eficientes para aumentar significativa- e efetivamente a taxa e a quantidade da dissolução do oxigênio no corpo líquido. Neste contexto, é fato conhecido que a solubilidade do oxigênio em água é baixa, o que é agravado em temperaturas elevadas como as típicas de regiões tropicais. Assim sendo, a introdução e efetiva dissolução de ar/oxigênio em corpos líquidos em condições abertas ou tropicais tem sido um grande desafio técnico, uma vez que em tais condições a quantidade de oxigênio dissolvido no corpo líquido é predominantemente baixa, sendo particularmente mais crítica quando temperatura é alta e/ou a carga orgânica é elevada. A presente invenção também proporciona uma solução para estes problemas.

[0010] Existem no mercado e no estado da técnica diferentes equipamentos para a aeração forçada. Entretanto, os equipamentos da técnica têm limitações, pois nenhum deles tem, concomitantemente, elevada taxa de dissolução de gases, baixo consumo energético e alta capacidade volumétrica. São conhecidos dispositivos e equipamentos com elevada taxa de dissolução de gases e alta eficiência energética, mas com baixa capacidade volumétrica. Também são conhecidos equipamentos com alta capacidade volumétrica, porém com baixa taxa de dissolução de gases. Assim sendo, há na técnica uma demanda por equipamentos e processos que não somente proporcionem o aumento da quantidade ou da velocidade de dissolução de gases no corpo líquido, mas que tenham elevada capicadade volumétrica, baixo consumo energético e alta taxa de dissolução de gases.

[0011] Os equipamentos atualmente disponíveis para a introdução de gases em líquidos apresentam ainda outras diversas dificuldades técnicas, incluindo, sem se limitar a: (i) são pouco eficientes energeticamente; (ii) têm limitada capacidade de efetiva dissolução de gases em líquidos, tanto do ponto de vista da velocidade quando da quantidade total de gases dissolvidos; (iii) a introdução de ar/oxigênio em corpos líquidos de elevadas dimensões demanda grande quantidade de energia de fonte externa, fator este que a inviabilizam prática- e/ou economicamente; (iv) é muito difícil controlar as condições ambientais em corpos líquidos de grandes dimensões, sendo a dinâmica de fluidos um fator adicional que pode modificar grandemente o perfil e concentração de substâncias presentes no corpo líquido; (v) normalmente não têm capacidade de ajuste da quantidade de gases dissolvidos e/ou da direção do fluxo de líquido de acordo com o interesse; (vi) não são disponíveis ainda equipamentos que proporcionem todas estas vantagens concomitantemente. Estas e outras dificuldades técnicas são superadas pela presente invenção.

[0012] A presente invenção proporciona estas vantagens concomitantemente devido às suas características. Em uma concretização, o equipamento da invenção adicionalmente compreende um meio de alteração da direção de fluxo do líquido, proporcionando maior flexibilidade de operação em diferentes circunstâncias, sendo ajustável a condições como fluxo/maré e/ou para se ajustar a variações de chegada de cargas orgânicas em locais distintos de um corpo líquido.

[0013] As buscas na literatura patentária apontaram alguns documentos parcialmente relevantes no contexto da presente invenção, que serão descritos a seguir.

[0014] O documento US 7,494,534, intitulado “Method, device, and system for controlling dissolved amount of gas", revela um dispositivo para controlar a quantidade de gás dissolvido em um líquido. O referido dispositivo compreende: uma parte redutora de pressão capaz de reduzir a pressão dentro de um tanque através da conexão de uma abertura na parte superior do tanque fechado com uma bomba de vácuo através de uma tubulação; um elemento para a injeção de fluido tratado e pressurizado, dentro da parte superior do tanque com um bico (nozzle) capaz de cobrir grande parte da área com pressão reduzida; uma parte geradora de espuma de líquido que recebe o fluido tratado em um Container no centro da abertura do mesmo e gerando uma grande quantidade de bolhas na parte do fundo do mesmo. Esse arranjo converte bolhas de ar em bolhas de líquido. O dispositivo compreende ainda uma parte de bomba recuperadora que permite que as bolhas de líquido transbordem da parte superior do Container e vertam a uma parte inferior, temporariamente armazenando as bolhas de líquido como fluido tratado desaerado, ao final recolhendo o fluido tratado.

[0015] O documento WO 2007/125996, intitulado “Water quality improving unit and water quality improving device", revela uma unidade de melhoria da qualidade da água. Referida unidade inclui um dispositivo que aumenta a transparência da água através da remoção da carga orgânica, que flutua na superfície da água junto com microbolhas, e pode melhorar a qualidade da água através do equilíbrio de gases dissolvidos, como oxigênio e nitrogênio. A referida unidade compreende um corpo tendo uma porção oca, formada quase rotacionalmente simetricamente e com diâmetro reduzido em direção a ambas as direções axiais. A periferia na direção tangencial da unidade compreende uma abertura para introdução de líquido. Aberturas para jatos de gás-líquido dirigidos verticalmente são dispostas de forma a se abrirem em uma direção vertical ao longo da direção axial do eixo de simetria rotacional da parte oca. São também providos, nas porções de diâmetro reduzido da parte oca, um tubo carreador de uma estrutura conectado com a abertura que dirige o jato gás-líquido para cima, havendo uma folga ou espaço entre eles. Também compreende um Container gerador de bolhas de líquido conectado com a parte superior do corpo, de maneira a formar um agregado de bolhas de líquido a partir do fluxo ascendente da mistura.

[0016] O documento WO 2001/097958, intitulado “Fine air bubble generator and fine air bubble generating device with the generatof, revela um gerador de pequenas bolhas de ar capaz de prevenir a formação de agregados de reagentes e rejeitos. Referido dispositivo proporciona a produção de grandes quantidades de pequenas bolhas de ar na água e compreende: um corpo gerador (1a) com uma parte oca em simetria rotacional; uma abertura para a entrada e ar-líquido na direção tangencial; e aberturas para o insuflamento de ar-líquido na direção do eixo de simetria da parte oca.

[0017] O documento US 2008/018534, intitulado “Aeration method, aeration apparatus and aeration system”, revela um método e aparelho para aeração útil para a melhoria das condições de sistemas de tratamento de esgoto, do cultivo de peixes e outros organismos aquáticos, entre outros. O aparelho proporciona dissolução de gás em água de forma altamente eficiente e compreende: uma seção de spray de gás (22) para gerar partículas de bolhas de gás na água a ser tratada (1W), uma seção de ascensão de bolhas (3P) para proporcionar o movimento ascendente das bolhas geradas, na qual as bolhas de gás são empurradas até uma posição acima da superfície da água, se convertendo em bolhas de líquido ou filmes finos; e uma seção de transferência (5P) na qual a água tratada (2W) pode ser transferida.

[0018] O documento EP 2558189, intitulado “A microbubble generatof, revela um gerador de microbolhas compreendendo: uma bomba configurada para misturar um líquido em um gás, formando uma mistura gás-líquido pressurizada; uma câmara de contato em conexão hidráulica com a bomba e configurada para aumentar a dissolução de gás na referida mistura gás-líquido pressurizada; e uma válvula em conexão hidráulica com a câmara de contato. O arranjo é configurado para descarregar uma emulsão de microbolhas compreendendo o líquido e as microbolhas de gás.

[0019] O documento US 8,366,938, intitulado “Method and device for purifying liquid effluents", foi publicado em 05Fev2013. Referido documento revela um método no qual água é separada de outras substâncias pelo borbulhamento de ar, em um aparato vertical (3), em efluentes alimentados uma taxa de fluxo “D”. O aparato tem uma superfície livre e inclui pelo menos dois compartimentos (4, 5, 6, 7) que se comunicam entre si para proporcionar a circulação sucessiva de cima para baixo e de baixo para cima, entre a porção inferior do aparato e um nível médio, a uma taxa de fluxo de ar pelo menos três vezes superior à taxa de fluxo do efluente. A fase sobrenadante é continuamente descarregada e a oxidação química dos líquidos ou gases do referido efluente é simultaneamente conduzida no mesmo aparato. A taxa de oxidação química e a taxa de fluxo (e tamanho) das bolhas são selecionadas de forma a obter progressivamente a separação das fases sólido/líquido e líquido/líquido na superfície do aparato para obter uma demanda química de oxigênio (DQO) abaixo de um limite predeterminado.

[0020] O documento US 2005/0279713, intitulado “System and method for dissolving gases in liquids”, foi publicado em 22Dez2005. Referido documento revela um equipamento e método para dissolver gás em um líquido e compreende um tanque de saturação e uma fonte de gás pressurizado conectada a uma área de gás (head space) do tanque de saturação. O tanque de saturação contempla um tanque pressurizado que contém pelo menos um bico injetor que permite a passagem de líquido para dentro do tanque pressurizado e uma saída para o líquido contendo gás dissolvido. Mediante a passagem de líquido contendo gás em um segundo fluido, o gás é liberado na forma de microbolhas. As microbolhas auxiliam na floculação de partículas em suspensão e promovem a dissolução do gás no segundo fluido. O gás preferido é ar, oxigênio ou ozônio, sendo os aplicáveis ao uso no tratamento de rios, lagoas e instalações industriais.

[0021] O documento SI 24084 A, de um inventor esloveno, revela uma turbina geradora de bolhas movida por um motor elétrico. A referida turbina, conhecida como Toring Turbine, proporciona a aeração de líquidos em larga escala mediante o efeito de ejeção de água das pás da turbina e a consequente sucção gerada no interior da turbina. A turbina é oca e conectada a um eixo oco dotado de furos na região acima do nível da água, onde se conecta com o motor elétrico, como ilustra a figura 2. Assim, a rotação gerada pelo motor proporciona a formação de sucção de ar externo por dentro do eixo oco, sendo o fluxo de ar submetido à força de cisalhamento das pás da turbina, gerando microbolhas. O referido equipamento tem elevada capacidade volumétrica de introdução de gás no líquido, mas não proporciona elevada taxa de dissolução de gás no líquido, uma vez que forma uma mistura de macrobolhas e microbolhas. Além disso, a área de influência da turbina se restringe a um diâmetro em torno da mesma, ou seja, são necessários vários destes dispositivos em lagos ou grandes áreas de água, além de serem requeridos dispositivos de flutuação e redes elétricas até locais distantes das margens.

[0022] O documento EP 2143483 B1 = US 8,292,271, intitulado “Aeration unit, aeration apparatus equipped therewith" revela um aparato de aeração baseado no princípio de formação de filmes finos de líquido. Referido aparato/dispositivo é considerado o mais próximo em relação à presente invenção, sendo constituído de: um difusor de ar para produzir bolhas convencionais de ar na água dentro de um tubo cilíndrico contendo um canal gerador de filmes finos de líquido, para converter bolhas de ar em bolhas de líquido. O que caracteriza o referido dispositivo é o fato de que acima do canal gerador de filmes finos (ou espuma de líquido) há uma câmara de retenção de gases com espaço para reter o gás na água e uma parte para acumular bolhas recém formadas por baixo da câmara de retenção de gás. Entretanto, o referido equipamento tem severas limitações de capacidade volumétrica de dissolução de gases em volumes massivos de líquidos. Uma das razões é o fato de ser utilizado um tubo cilíndrico, pois isso limita muito as relações dimensionais nas quais é possível formar filmes finos de líquido. Além disso, em função da sua limitada capacidade volumétrica individual, o referido dispositivo acarreta dificuldades no uso e montagem, quando se deseja aerar grandes volumes de líquido a partir do uso de grandes quantidades de dispositivos. Embora o princípio de airlift (ou seja, a movimentação do fluido na direção da ascensão das bolhas) funcione independentemente do diâmetro do tubo, a formação de filmes finos de líquido depende do adequado dimensionamento dos canais por onde ascendem as bolhas e das regiões onde a interação das bolhas ocorre, o que não é trivial fazer em cilindros com grandes diâmetros. O dispositivo comercialmente disponível de acordo com a referida patente, como mostra a figura 1B, tem diâmetro de 4 cm na região formadora de filmes finos de líquido e capacidade máxima de aeração completa (ou seja, saturação com oxigênio) de apenas 20 litros de água por minuto. O equipamento da presente invenção, em contraste, provê uma solução a estes problemas ao proporcionar uma configuração que viabiliza a ampliação de escala sem prejuízo da formação de filmes finos de líquido e sua elevada eficiência de troca de gases com o líquido. Os exemplos mostrados nas figuras 3, 13 e 17, proporcionam, respectivamente a aeração completa (ou seja, saturação com oxigênio) de 1000, 2000 e 8000 litros de água por minuto. Adicionalmente, a invenção proporciona também facilidade em seu uso, fabricação, montagem e operação, vantagens essas significativas no contexto do uso.

[0023] Em resumo, são conhecidos na técnica equipamentos para a introdução de gases em líquidos e os princípios de funcionamento são basicamente os seguintes: (i) introdução de bolhas de gás de tamanho regular e uso de força mecânica para facilitar sua dissolução. Esta técnica é pouco eficiente energeticamente e proporciona baixa taxa de dissolução de gases; (ii) introdução de microbolhas, que devido à sua melhor relação área volume aumentam a taxa de dissolução de gases no líquido. Em geral estes equipamentos fazem uso da geração de fluxos de alta velocidade de líquido, gerando vácuo que proporciona a introdução de gás na forma de microbolhas, como é o caso de dispositivos tipo Venturi e outros que funcionam com base em água pressurizada, ou ainda em turbinas como a exemplificada no documento SI 24084 A. Esta técnica, em qualquer das circunstâncias citadas acima, requer elevada energia para a movimentação de líquidos com alta velocidade e com isso proporcionar a geração de microbolhas; (iii) dispositivos que proporcionam a aeração através de filmes finos de líquido, como o revelado no EP 2143483. Entretanto, este dispositivo padece da baixa capacidade volumétrica, não sendo aplicável na prática a situações de elevado volume de líquido a ser aerado, devido à complexidade de montagem e uso e ao custo.

[0024] A presente invenção difere dos referidos documentos, dentre outras razões técnicas, por diversas razões técnicas. De um lado, o equipamento da invenção proporciona incremento substancial da quantidade e velocidade de dissolução de gases no corpo líquido, com baixo consumo energético, baixo custo, alta capacidade de volumétrica de dissolução de gases - algumas ordens de magnitude superior aos congêneres conhecidos. Além disso, em uma concretização o equipamento da invenção compreende meios para alterar/controlar a direção do fluxo da água; esta é vantagem técnica adicional que não é atingida com os dispositivos/equipamentos do estado da técnica.

[0025] Com base na literatura patentária e não patentária nota-se claramente a necessidade da busca por novas soluções alternativas àquelas já existentes, para contornar as limitações dos equipamentos para dissolução de gases em líquidos em larga escala. O presente pedido de patente revela uma solução a estes problemas. Do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção que, aos olhos dos inventores, possui novidade e ato inventivo frente ao estado da técnica.

Sumário da Criacão/lnvencão [0026] O equipamento da invenção é especificamente projetado para o incremento substancial da quantidade e velocidade de dissolução de gases em líquidos, com baixo ou nenhum consumo energético externo, baixo custo e elevada capacidade de volumétrica de dissolução de gases em grandes quantidades de líquidos.

[0027] O equipamento da invenção compreende uma estrutura contendo: a. uma zona de seção transversal maior compreendendo: i. uma região de entrada de líquido; e ii. um ou mais dispositivo(s) geradores de bolhas convencionais; b. uma zona de seção transversal menor compreendendo: i. uma região com redução da área da seção transversal para proporcionar a formação de filmes de líquido mediante a ascensão das bolhas e passagem pela referida redução de área; ii. uma zona de extravasamento do líquido na parte superior; iii. uma saída para os gases que ascendem por esta região, posicionada acima da zona de extravasamento; c. uma saída para o líquido conectada à zona de extravasamento.

[0028] Opcionalmente, o equipamento adicionalmente inclui um ou mais conjuntos de tubulações conectados à entrada e/ou à saída de líquido.

[0029] Em uma concretização, o equipamento da invenção compreende meios para inverter a direção do fluxo de líquido que passa por seu interior, proporcionando desta forma a escolha da direção de fluxos de líquido em corpos líquidos. Referidos meios de inversão de fluxo são muito simples de fácil operação, facilitando processos de controle de fluxo e de aeração em corpos líquidos como lagoas e enseadas.

[0030] É um objeto da invenção um equipamento para aeração massiva de líquidos. Referido equipamento é baseado no princípio de airliftem conjunto com a formação de filmes finos e líquido e funciona a partir da injeção de gás em uma zona submersa, dentro do equipamento, de maneira que as bolhas de ar formadas na zona submersa ascendem devido ao natural empuxo. As bolhas em ascensão passam por uma zona de sucessivas restrições de área de seção transversal, o que promove sua coalescência, e passam em seguida por uma zona de expansão da área de seção transversal, o que promove a expansão das bolhas, formação de filmes finos de líquido e a explosão de tais filmes. A água resultante da explosão das bolhas de filme fino de líquido é saturada de oxigênio dissolvido e extravasa por um canal, por gravidade, enquanto o ar liberado segue seu percurso de ascensão. O ar liberado em ascensão pode passar por mais uma ou mais zonas adicionais de restrição de área de seção transversal, para coalescência de bolhas, e por mais uma ou mais zonas de expansão para formação e explosão de filmes finos, com subsequente recuperação de nova quantidade de água saturada de oxigênio.

[0031] O equipamento proporciona: elevado incremento da taxa de dissolução de gases em líquidos e/ou da quantidade total de gases dissolvidos em líquidos; a redução ou eliminação do consumo energético ou da necessidade de alimentação externa de energia para a dissolução de gases em um corpo líquido; o ajuste do equipamento às condições ambientais ou necessidades circunstanciais, ou ambos concomitantemente.

[0032] A invenção é particularmente útil na remoção cargas orgânicas indesejáveis em corpos líquidos como, por exemplo, na revitalização, conservação e/ou balneabilização de corpos líquidos abertos, como lagoas, rios, lagunas e enseadas, bem como no aumento da produtividade, qualidade e/ou eficiência ambiental de processos de aquicultura.

[0033] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução, na descrição a seguir.

Breve Descrição das Figuras [0034] A figura 1 (prior art) ilustra representações esquemáticas de dispositivos de dissolução de gases em líquidos conhecidos na técnica. Em A) é mostrado um dispositivo gerador de microbolhas (Riverforest Corporation) que gera microbolhas a partir do bombeamento de líquido. A circulação do líquido no interior do referido dispositivo gera um vácuo que suga o ar externo e o mistura com o líquido, formando as microbolhas. Fluxos de líquido com muitas microbolhas são ejetados das duas extremidades do dispositivo. Em B) é mostrado um dispositivo gerador de filmes finos de líquido modelo FB50h (Riverforest Corporation), com capacidade máxima de aerar completamente/saturar 20 litros de água por minuto. O referido dispositivo compreende um difusor de bolhas convencionais de ar no líquido e as transforma em bolhas de líquido em volta do ar, através da passagem forçada por um sistema que reduz a velocidade de ascensão das bolhas de ar (para mais detalhes, ver US 8,292,271, citado nos antecedentes). A formação de filmes finos de líquido em volta do ar proporciona elevada área de troca de gases, proporcionando tanto a aeração do líquido quanto a remoção dos gases que prevíamente nele estavam (stripping), sendo portanto muito útil em situações de saturação de gases no líquido, ou seja, para desaturar o líquido.

Em C) é mostrado um outro dispositivo gerador de filmes finos de líquido modelo AWA (Riverforest Corporation), em um arranjo em série na vertical contendo várias câmaras de retenção de bolhas. No detalhe são mostradas bolhas de líquido em volta do ar. Referido dispositivo depende da ação de um difusor de bolhas convencionais pré-existente. Em D) é mostrado um dispositivo combinado modelo FBT (Riverforest Corporation), que proporciona a geração de microbolhas e de filmes finos de líquido no mesmo dispositivo, a partir do bombeamento de água.

[0035] A figura 2 (prior art) ilustra esquematicamente uma Toring Turbine revelada na patente Eslovena SI 24084 A, em posição deitada na horizontal. Mediante a rotação da turbina quando a mesma é submersa, forças de ejeção radial da água geram um vácuo que suga o ar através dos furos existentes no eixo oco, na parte superior do eixo que fica acima da superfície da água. Segundo o fabricante, esse dispositivo tem capacidade e introdução de até 13 litros de ar por minuto no líquido com o uso de um motor de 1,5kW ou aproximadamente 2 HP, embora a taxa de dissolução ou a eficiência de dissolução não seja revelada.

[0036] A figura 3 mostra uma concretização do equipamento da presente invenção. Em A) é mostrado equipamento na forma de tronco piramidal com dimensões de 60 X 44 X 100 cm, respectivamente altura, largura e comprimento. A parte superior tem 15 cm de largura. Esta configuração de tronco piramidal proporciona estabilidade em leitos ou cursos d'água e também a ascensão das bolhas convencionais de ar insufladas dentro do equipamento, sua passagem pela redução de seção transversal e subsequente passagem pelo difusor através do qual as bolhas coalescem e formam filmes finos de líquido. As bolhas de líquido do filme se rompem após passarem pelo difusor, de forma que o líquido saturado de oxigênio extravasa pelo duto lateral conforme indicado. Os gases que são liberados são pela abertura superior. Esta concretização de equipamento da invenção proporciona uma área contendo difusores com capacidade de aeração completa de líquido de até 2300 litros por minuto. Nesta concretização, o equipamento opera com dois sopradores, cada um do modelo CV-51M (SNatural), de 0,5 CV e com capacidade de vazão de 1200 litros de ar por minuto, pressão de 1200 mm de coluna d'água, insuflando ar através de um tubo de 100mm perfurado de cada lado da parede de separação, com furos de 3mm ou maiores, para minimizar perda de carga. Em B) é mostrada uma representação esquemática desta concretização do equipamento da invenção em versão explodida, sendo mostrados os dutos de entrada de água (33) e o duto perfurado (31) para insuflar ar, bem como, no topo, as saídas de água aerada (34) e o ar residual (32). Em C) é mostrada uma vista em perspectiva desta concretização do equipamento da invenção, sendo mostrado no topo a área onde se localizam dois difusores (um de cada lado da parede central de separação), que são regiões onde a área de seção transversal é restrita mediante o uso de uma espécie de colméia de 7 cm de profundidade, na qual cada abertura quadrangular tem área de 1cm2. Em D) é mostrada uma vista em corte lateral desta concretização do equipamento da invenção, sendo indicadas posições onde são colocados os dois tubos perfurados para insuflamento de ar (embaixo), e ascensão das bolhas. As setas indicam os fluxos de líquido provocados pela ascensão das bolhas, que passam pelos difusores e extravasam pelas laterais.

[0037] A figura 4 mostra uma vista lateral em corte de um equipamento de acordo com a figura 3, porém em uma configuração com uma parede de separação contendo apenas um difusor (45) do lado direito, de forma que o insuflamento de ar pelo lado direito gera ascensão de bolhas e com isso gera um fluxo ascendente de líquido (43), que passa pelo difusor e extravasa para o lado esquerdo (44). Nesta concretização, o equipamento opera com um soprador do modelo CV-51M (SNatural), de 0,5 CV e com capacidade de vazão de 1200 litros de ar por minuto, pressão de 1200 mm de coluna d'água, insuflando ar através de um tubo (41) de 100mm perfurado de um dos lados da parede de separação. Esta configuração proporciona uma área contendo difusores com capacidade de aeração completa de líquido é de até 1150 litros por minuto, com fluxo da direita para a esquerda.

[0038] A figura 5 mostra detalhes da parede de separação usada no meio do equipamento descrito na figura 4. Em A) é mostrada embaixo uma tubulação (51) perfurada para o insuflamento de ar e na parte superior os detalhes do difusor (53) por onde o líquido e as bolhas convencionais passam, formando os filmes finos de líquido no final. A vista em perspectiva mostra somente um dos lados, como a usada na figura 4, mas a parede de separação (52) pode ter um difusor e um tubo perfurado também do outro lado, como ilustrado na figura 3D. Em B) são mostrados detalhes de uma outra concretização de parede de separação (52) usada no equipamento descrito na figura 3 ou 4, mostrando na parte superior os detalhes do difusor (53) por onde o líquido e as bolhas convencionais passam, formando os filmes finos de líquido e logo abaixo do difusor várias pequenas extensões (54) na vertical para proporcionar separação dimensional das zonas de líquido e bolhas ascendentes. Referidas extensões se distribuem ao longo da extensão da parede de separação, perpendiculares à mesma.

[0039] A figura 6 mostra detalhes de uma outra concretização equipamento (sendo representada apenas metade do equipamento), dotado de uma divisão adicional (63) para proporcionar separação dimensional das zonas de líquido e bolhas ascendentes. Referida divisão adicional é única e disposta ao longo da extensão da parede de separação, paralela à mesma em uma dimensão e angulada em outro, para dividir proporcionalmente a área de fluxo ascendente de líquido e bolhas. Essa configuração pode ser usada em conjunto com a concretização mostrada na figura 4.

[0040] A figura 7 mostra uma representação esquemática de uma concretização do equipamento da invenção, que proporciona a inversão do fluxo de líquido mediante alteração de posição da parede de separação (posição 1 ou 2). Referida concretização se apresenta com uma parede de separação contendo dois tubos de aeração, um de cada lado, sendo apenas um deles ativado de acordo com a direção de fluxo desejada, sabendo-se que é o fluxo ascendente de bolhas que determina a direção do fluxo de líquido. Em A), a parede de separação é posicionada no ponto 1 e o ar é insuflado apenas no lado esquerdo do equipamento, proporcionando o fluxo de líquido da esquerda para a direita. Em B), a parede de separação é posicionada no ponto 2 e o ar é insuflado apenas no lado direito do equipamento, proporcionando o fluxo de líquido da direita para a esquerda.

[0041] A figura 8 mostra uma representação esquemática de uma concretização alternativa de tubo de aeração, que pivota ou gira ao longo de seu eixo radial, proporcionando a alteração da direção do fluxo ascendente de bolhas. Nesta concretização, a parede de separação fica em uma posição fixa e o tubo de aeração é posicionado ao final da mesma, no fundo e alinhado com a parede. Em A) o fluxo de líquido é direcionado da esquerda para a direita mediante o giro do tubo de aeração para a posição 1. Em B) o fluxo de líquido é direcionado da direita para a esquerda mediante o giro do tubo de aeração para a posição 2.

[0042] A figura 9 mostra uma representação esquemática de uma outra concretização do equipamento, que proporciona a inversão do fluxo de líquido sem mudança de posição da parede de separação ou giro do tubo de aeração. Referida concretização se apresenta com uma parede de separação e um único tubo de aeração (91), acima do qual existe uma meia cana que muda de posição para direcionar o ar para um dos lados do equipamento, determinando a direção do fluxo de líquido. Em A), a meia cana é posicionada no lado direito do equipamento, de forma a permitir o fluxo de bolhas somente pelo lado esquerdo, fazendo com que o fluxo de líquido ocorra da esquerda (93) para a direita (94). Em B), a meia cana é posicionada no lado esquerdo do equipamento, de forma a permitir o fluxo de bolhas somente pelo lado direito, fazendo com que o fluxo de líquido ocorra da direita (93) para a esquerda (94).

[0043] A figura 10 mostra uma vista em perspectiva de uma concretização de equipamento cuja configuração é de acordo com a figura 3A ου 9Β, sendo evidenciada a meia cana posicionada no lado esquerdo e o fluxo de líquido da direita (103) para a esquerda (104).

[0044] A figura 11 mostra uma representação esquemática das tubulações ligadas a uma concretização de equipamento da presente invenção submerso em um tanque de água. As setas indicam a direção do fluxo de água que entra (113) e sai do equipamento (114), sendo também indicada a entrada (111) e saída de gases (112). São também mostradas no topo as válvulas à esquerda (115) e à direita (116) que proporcionam a alteração de fluxo ou fluxo bidirecional, quando ambas estão abertas. Nesta concretização, o sistema de alteração de direção de fluxo é distinto do descrito nas figuras 9-10, sendo feito através de placas deslizantes que fecham um ou outro lado do equipamento junto à placa central de separação.

[0045] A figura 12 mostra em mais detalhes as placas deslizantes de separação indicadas na figura 11. À esquerda (A) é mostrada a posição aberta que permite a passagem de ar nos dois lados do equipamento; no centro da figura (B) é mostrada a passagem de ar somente do lado direito do equipamento; à direita da figura (C) é mostrada a posição das placas deslizantes que permite passagem do ar somente do lado esquerdo do equipamento.

[0046] A figura 13 mostra uma visão em corte de outra concretização do equipamento da invenção, sendo mostrados dois dutos de insuflamento junto à região central interna do equipamento, duas tubulações dotadas de válvulas (uma à esquerda, 136, outra à direita, 137) para o extravasamento de líquido aerado e um sistema de cinco válvulas nas tubulações de insuflamento de ar (131), para controle da direção de insuflamento e consequentemente do fluxo de líquido.

[0047] A figura 14 mostra em A) detalhes dos tubos de insuflamento de ar (141) numa visão em perspectiva sem o restante do equipamento descrito na figura 13. Em B) são mostrados detalhes do sistema de válvulas para as tubulações de insuflamento de ar. Com a válvula 5 fechada e as válvulas 1-2, 3-4 abertas, o equipamento opera com duas bombas de ar (bomba 1, B1, e bomba 2, B2), o fluxo de líquido sendo ascendente em ambos os lados do equipamento, que opera em sua capacidade máxima, o líquido aerado sendo extravasado pelas tubulações laterais 6 e 7 mostradas na figura 13. Com a válvula 5 aberta, ao menos quatro modos de operação são possíveis: (i) com as válvulas 1, 2 e 4 abertas e a válvula 3 fechada, somente a bomba 1 insufla ar e alimenta os dois lados do equipamento; (ii) com as válvulas 2, 3 e 4 abertas e a válvula 1 fechada, somente a bomba 2 insufla ar e alimenta os dois lados do equipamento; (iii) com as válvulas 1 e 4 abertas e as válvulas 2 e 3 fechadas, somente a bomba 1 insufla ar e alimenta o lado direito do equipamento, enquanto o lado esquerdo serve para extravasamento (situação na qual as válvulas 6 e 7 mostradas na figura 13 ficam fechadas; (iv) com as válvulas 3 e 2 abertas e as válvulas 1 e 4 fechadas, somente a bomba 2 insufla ar e alimenta o lado esquerdo do equipamento, enquanto o lado direito serve para extravasamento (situação na qual as válvulas 6 e 7 mostradas na figura 13 ficam fechadas. Esse arranjo de válvulas proporciona muita flexibilidade na operação, segurança para a hipótese de falha de uma das bombas e também reversão do fluxo de líquido à escolha do operador com simples mudanças de válvulas. Os versados na técnica imediatamente saberão que sistemas de controle automático, pneumático e/ou eletrônico destas válvulas são facilmente implementáveis a partir da presente descrição.

[0048] A figura 15 mostra uma representação esquemática de outra concretização de equipamento da invenção, a qual é dotada de três estágios consecutivos de difusores para a formação de filmes finos. Em A) é mostrada a vista em corte lateral (somente metade do equipamento) e em B) a vista em perspectiva do equipamento como um todo. Na vista em corte são mostrados: o ponto de insuflamento de ar (151) e ascensão das bolhas que subsequentemente passam por uma zona de restrição de área de seção transversal e em seguida pelo difusor; as bolhas coalescem e explodem ao final do difusor devido ao aumento de área; o líquido totalmente aerado extravasa pelo duto à direita do difusor, enquanto as bolhas de ar ascendem para o segundo estágio e assim por diante. A cada estágio, a ascensão das bolhas provoca o efeito airlift, fazendo com que volume de líquido equivalente ao volume de ar em ascensão seja arrastado para cima. Consequentemente, nessa concretização em três estágios, para cada 1000 litros de ar insuflados no equipamento, 3000 litros de água fluem pelo equipamento e são completamente saturados com oxigênio, sem com isso requerer energia adicional (em relação à configuração com um estágio). Assim, com 0,5HP de potência de bomba de ar na metade do equipamento, 3000 litros de água por minuto são completamente saturados com oxigênio. Para o equipamento operado com os dois lados e duas bombas (ou uma bomba com o dobro de capacidade), o equipamento desta concretização proporciona, com 1HP de potência de bomba de ar no equipamento, 6000 litros de água por minuto completamente saturados com oxigênio.

[0049] A figura 16 mostra duas representações esquemáticas em corte lateral de outras concretizações de equipamento da invenção (mostrada somente a metade esquerda), ambos com três estágios sucessivos de formação de filmes finos. Em ambos os casos, as entradas de água a ser aerada são feitas pela região central do equipamento, ao contrário da concretização da figura 15, na qual isso é feito pelas laterais. Em A) é mostrada uma concretização na qual as divisões e passagens de água são feitas em ângulo e em B) tais elementos são mais arredondados.

[0050] A figura 17 ilustra ainda outra concretização de equipamento da invenção, a qual mostra uma vista em corte lateral de somente metade do equipamento. Nesta concretização são mostrados quatro estágios sucessivos de formação de filmes finos, o que (para as mesmas dimensões ilustradas na figura 3) proporciona, com 0,5HP de potência de bomba de ar na metade do equipamento, a saturação completa com oxigênio de 4000 litros de água por minuto. Para o equipamento operado com os dois lados e duas bombas (ou uma bomba com o dobro de capacidade), o equipamento desta concretização proporciona, com 1HP de potência de bomba de ar no equipamento, 8000 litros de água por minuto completamente saturados com oxigênio.

[0051] A figura 18 mostra uma representação esquemática de uma concretização da invenção, na qual o equipamento de acordo com a figura 4 é instalado em um tanque para cultivo de peixes. São mostrados os detalhes das instalações das tubulações (181, 183, 184) e a posição do equipamento em relação ao nível da água (185).

[0052] A figura 19 mostra uma representação esquemática vista por cima de um equipamento de acordo com a figura 4, com capacidade de aeração completa (saturação) de 1000 litros por minuto de água. O equipamento inclui 5 tubulações de entrada de líquido (193) e 5 tubulações de saída de líquido (194), cada tubo levando ou recebendo 200 litros de água por minuto. Nas concretizações em que o equipamento da invenção proporciona a alteração da direção do fluxo de líquido, o operador poderá escolher para qual lado será formada uma corrente de líquido e em que momento, o que é particularmente útil no caso de corpos líquidos sujeitos à maré e/ou influência de entradas de cargas orgânicas localizadas.

[0053] A figura 20 mostra uma representação esquemática vista por cima de um equipamento de acordo com a figura 4, com capacidade de aeração completa (saturação) de 1000 litros por minuto de água, instalado em um tanque de cultivo de peixes de 40m x 30m de dimensão. Os pontos 1-10 indicam as posições de início ou final das tubulações que se conectam ao equipamento da invenção. As entradas e saídas são escolhidas para maximizar a homogeneização do líquido do tanque, alternando os locais onde é feita a sucção do líquido (ainda não aerado) e a descarga do líquido já aerado. Neste arranjo, o ponto 1 é o local de descarga de líquido aerado succionado do ponto 7; o ponto 2 é o local de sucção de água ainda não aerada, sendo a descarga de água aerada feita no ponto 6; o ponto 3 é o local de descarga de líquido aerado succionado do ponto 10; o ponto 4 é o local de sucção de água ainda não aerada, sendo a descarga de água aerada feita no ponto 9; o ponto 5 é o local de descarga de líquido aerado succionado do ponto 8.

[0054] A figura 21 mostra uma representação esquemática de outra disposição de tubulações ligadas a uma concretização de equipamento da invenção. As setas indicam a direção do fluxo de água que entra e sai do equipamento.

Descrição Detalhada da Criação/lnvenção [0055] A aplicação da invenção resolve vários problemas técnicos no setor, incluindo proporcionar a elevada taxa e dissolução e elevada quantidade de gases dissolvidos em líquidos, com redução substancial do tempo para dissolução e do consumo de energia relacionado à introdução de gases (por exemplo, ar) no corpo líquido.

[0056] O equipamento da invenção é particularmente útil em situações nas quais é desejável a dissolução de gases em líquidos em grande quantidade, alta taxa de dissolução e eficiência energética, e facilidade de produção, montagem e operação devido à sua configuração. Exemplos incluem a aeração intensiva para a conservação e/ou recuperação de recursos hídricos, como lagoas, rios, enseadas, manguezais e praias, a remoção cargas orgânicas indesejáveis, a revitalização de corpos líquidos e/ou balneabilização dos mesmos, bem como processos de conservação e/ou melhoria de condições de qualidade, produtividade e/ou eficiência ambiental de processos de aquicultura, como o cultivo de peixes, camarões, algas e outros organismos cultiváveis em meio líquido.

[0057] Em uma concretização, o equipamento é conectado a uma bomba de ar; a referida bomba é suprida continuamente com energia da rede e/ou de uma turbina eólica, sendo acionada/suprida de energia em momentos de baixa demanda (por exemplo, durante a noite, quando a concentração de oxigênio dissolvido em lagoas tende a diminuir) de forma a aproveitar uma energia que não seria utilizada pelo sistema elétrico.

[0058] Em uma outra concretização, o equipamento opera de forma autônoma e sustentável, ou seja, sem input externo de energia, proporcionando dissolução de gases em líquidos de forma contínua ou semi-contínua sem consumo de energia de fonte externa.

[0059] Em uma concretização, o equipamento compreende um subsistema de controle de acionamento de bombas que opera de acordo com ciclos e/ou dimensões fluidodinâmicas. Essa concretização, descrita em mais detalhes em ao menos um exemplo na seção “descrição detalhada” é particularmente útil para o aumento de eficiência e/ou redução do consumo de energia para de dissolução de gases em corpos líquidos abertos, como é o caso de lagunas, enseadas, baías e assemelhados.

[0060] No caso do uso do equipamento da invenção para a conservação, recuperação e/ou balneabilização de corpos líquidos como lagoas, rios, lagunas e enseadas, o substancial incremento da taxa de dissolução de oxigênio no corpo líquido, com baixo consumo energético para tanto e capacidade de ajuste às condições do local, proporciona diversas vantagens. Além das vantagens já citadas acima, em uma concretização o equipamento proporciona condições para que os organismos presentes no corpo líquido tenham elevada atividade metabólica em condições aeróbicas, proporcionando degradação ou conversão da carga orgânica de forma acelerada e sem a introdução de substâncias ou organismos exógenos.

[0061] Tais concretizações, independentemente uma da outra, proporcionam, dentre outras vantagens: maior taxa (velocidade) de dissolução do oxigênio nos corpos líquidos; maior capacidade (quantidade) de introdução de gases em líquidos; baixo consumo de energia para a dissolução do oxigênio no corpo líquido e/ou redução substancial da necessidade de alimentação externa de energia; ajuste às condições ambientais; ou ambos.

[0062] Estas vantagens proporcionam: maior qualidade, produtividade e eficiência ambiental em processos de aquicultura; maior velocidade e eficiência e menor consumo de energia na remoção de cargas orgânicas de corpos líquidos; redução ou eliminação de impacto ambiental indesejado ou de risco. A invenção também proporciona a seleção de regimes de aeração compatíveis com o(s) ciclo(s) biológico(s) que se pretende promover. Esses fatores, isoladamente ou combinadamente, proporcionam a redução dos tempos de recuperação do corpo líquido; aumento substancial do desempenho de sistemas de bioremediação.

[0063] Além de proporcionar uma solução para o problema da elevada quantidade de energia requerida para a introdução de ar e/ou sua dissolução nos corpos líquidos, a presente invenção contribui neste processo, tanto por evitar a formação de gases indesejáveis (como metano, H2S e outros), quanto por proporcionar a remoção (strípping) através do princípio de funcionamento dos filmes finos de líquido.

[0064] O equipamento proporciona, nos casos em que há na técnica alternativa disponível, uma mais eficiente e vantajosa abordagem para a bioremediação de corpos líquidos.

[0065] Os equipamentos conhecidos no estado da técnica não proporcionam os mesmos efeitos técnicos que o da invenção. Além disso, não proporcionam todos os efeitos técnicos de forma concomitante: a elevada velocidade de alteração de concentração de gases no corpo líquido, a elevada quantidade total de gases efetivamente dissolvidos no tempo, o ajuste do processo de dissolução de gases de acordo com as cargas orgânicas existentes ou variações da carga orgânica de entrada, como é o caso de determinadas áreas ou enseadas na Baía da Guanabara, por exemplo; a redução dos tempos de recuperação do corpo líquido; a redução ou eliminação do consumo externo de energia. O equipamento da presente invenção proporciona muito mais flexibilidade de operação do que os convencionais e uma ampliação significativa da capacidade e velocidade de remoção de carga orgânica - devido à ampla, veloz e energeticamente eficiente dissolução de oxigênio aos corpos líquidos.

[0066] Os exemplos a seguir mostrados têm o intuito somente de exemplificar algumas das maneiras de se concretizar a invenção sem, contudo, limitar o escopo da mesma.

Exemplo 1. Equipamento para dissolução massiva de gases em líquidos [0067] A figura 3 mostra uma concretização do equipamento da presente invenção. Em A) é mostrado equipamento na forma de tronco piramidal com dimensões de 60 X 44 X 100 cm, respectivamente altura, largura e comprimento. A parte superior tem 15 cm de largura. Esta configuração de tronco piramidal proporciona estabilidade em leitos ou cursos d'água e também a ascensão das bolhas convencionais de ar insufladas dentro do equipamento, sua passagem pela redução de seção transversal e subsequente passagem pelo difusor através do qual as bolhas coalescem e formam filmes finos de líquido. As bolhas de líquido do filme se rompem após passarem pelo difusor, de forma que o líquido saturado de oxigênio extravasa pelo duto lateral conforme indicado. Os gases que são liberados são pela abertura superior. Esta concretização de equipamento da invenção proporciona uma área contendo difusores com capacidade de aeração completa de líquido de até 2300 litros por minuto. Nesta concretização, o equipamento opera com dois sopradores, cada um do modelo CV-51M (SNatural), de 0,5 CV e com capacidade de vazão de 1200 litros de ar por minuto, pressão de 1200 mm de coluna d'água, insuflando ar através de um tubo de 100mm perfurado de cada lado da parede de separação, com furos de 3mm ou maiores, para minimizar perda de carga. Em B) é mostrada uma representação esquemática desta concretização do equipamento da invenção em versão explodida, sendo mostrados os dutos de entrada de água e o duto perfurado para insuflar ar, bem como, no topo, as saídas de água aerada e o ar residual. Em C) é mostrada uma vista em perspectiva desta concretização do equipamento da invenção, sendo mostrado no topo a área onde se localizam dois difusores (um de cada lado da parede central de separação), que são regiões onde a área de seção transversal é restrita mediante o uso de uma espécie de colméia de 7 cm de profundidade, na qual cada abertura quadrangular tem área de 1cm2. Em D) é mostrada uma vista em corte lateral desta concretização do equipamento da invenção, sendo indicadas posições onde são colocados os dois tubos perfurados para insuflamento de ar (embaixo), e ascensão das bolhas. As setas indicam os fluxos de líquido provocados pela ascensão das bolhas, que passam pelos difusores e extravasam pelas laterais.

[0068] O equipamento desta concretização ou de qualquer de suas concretizações, proporciona muito mais flexibilidade de operação e uma ampliação significativa da quantidade e velocidade de dissolução de gases no corpo líquido, e consequentemente da capacidade de remoção de carga orgânica. De um lado, a quantidade de oxigênio presente no ar (21% em volume, 23% em peso) e a densidade do ar (aproximadamente 1,2 kg/m3), determinam que cada metro cúbico de ar tem 276g de 02. Por outro lado, 8,3 mg/L é o limite de saturação de oxigênio dissolvido em água fresca na temperatura de 25°C.

[0069] Esta concretização do equipamento da invenção (um estágio de formação de filmes finos, injeção de 1000 litros e ar por minuto) proporciona uma capacidade de saturação de 1000 litros de água por minuto, o que equivale à dissolução de até 8 g de 02 por minuto ao custo energético de 0,5 HP.

Exemplo 2. Equipamento para diluição massiva de gases em líquidos dotado de meios para alterar a direção de fluxo de líquidos [0070] Em algumas concretizações o equipamento da invenção, ilustradas a seguir em conjunto com as figuras 4-14, uma vantagem técnica adicional é obtida. O controle da direção do fluxo de líquido dentro de um corpo líquido, sem com isso requerer energia adicional em relação à já utilizada para a aeração do liquido. A figura 4 mostra uma vista lateral em corte de um equipamento de acordo com a figura 3, porém em uma configuração com uma parede de separação contendo apenas um difusor do lado direito, de forma que o insuflamento de ar pelo lado direito gera ascensão de bolhas e com isso gera um fluxo ascendente de líquido, que passa pelo difusor e extravasa para o lado esquerdo. Nesta concretização, o equipamento opera com um soprador do modelo CV-51M (SNatural), de 0,5 CV e com capacidade de vazão de 1200 litros de ar por minuto, pressão de 1200 mm de coluna d'água, insuflando ar através de um tubo de 100mm perfurado de um dos lados da parede de separação. Esta configuração proporciona uma área contendo difusores com capacidade de aeração completa de líquido é de até 1150 litros por minuto, com fluxo da direita para a esquerda.

[0071] A figura 5 mostra detalhes da parede de separação usada no meio do equipamento descrito na figura 4. Em A) é mostrada embaixo uma tubulação perfurada para o insuflamento de ar e na parte superior os detalhes do difusor por onde o líquido e as bolhas convencionais passam, formando os filmes finos de líquido no final. A vista em perspectiva mostra somente um dos lados, como a usada na figura 5, mas a parede de separação pode ter um difusor e um tubo perfurado também do outro lado, como ilustrado na figura 3D. Em B) são mostrados detalhes de uma outra concretização de parede de separação usada no equipamento descrito na figura 3 ou 4, mostrando na parte superior os detalhes do difusor por onde o líquido e as bolhas convencionais passam, formando os filmes finos de líquido e logo abaixo do difusor várias pequenas extensões na vertical para proporcionar separação dimensional das zonas de líquido e bolhas ascendentes. Referidas extensões se distribuem ao longo da extensão da parede de separação, perpendiculares à mesma.

[0072] A figura 6 mostra detalhes de uma outra concretização equipamento (sendo representada apenas metade do equipamento), dotado de uma divisão adicional para proporcionar separação dimensional das zonas de líquido e bolhas ascendentes. Referida divisão adicional é única e disposta ao longo da extensão da parede de separação, paralela à mesma em uma dimensão e angulada em outro, para dividir proporcionalmente a área de fluxo ascendente de líquido e bolhas. Essa configuração pode ser usada em conjunto com a concretização mostrada na figura 4.

[0073] A figura 7 mostra uma representação esquemática de uma concretização do equipamento da invenção, que proporciona a inversão do fluxo de líquido mediante alteração de posição da parede de separação (posição 1 ou 2). Referida concretização se apresenta com uma parede de separação contendo dois tubos de aeração, um de cada lado, sendo apenas um deles ativado de acordo com a direção de fluxo desejada, sabendo-se que é o fluxo ascendente de bolhas que determina a direção do fluxo de líquido. Em A), a parede de separação é posicionada no ponto 1 e o ar é insuflado apenas no lado esquerdo do equipamento, proporcionando o fluxo de liquido da esquerda para a direita. Em B), a parede de separação é posicionada no ponto 2 e o ar é insuflado apenas no lado direito do equipamento, proporcionando o fluxo de líquido da direita para a esquerda.

[0074] A figura 8 mostra uma representação esquemática de uma concretização alternativa de tubo de aeração, que pivota ou gira ao longo de seu eixo radial, proporcionando a alteração da direção do fluxo ascendente de bolhas. Nesta concretização, a parede de separação fica em uma posição fixa e o tubo de aeração é posicionado ao final da mesma, no fundo e alinhado com a parede. Em A) o fluxo de líquido é direcionado da esquerda para a direita mediante o giro do tubo de aeração para a posição 1. Em B) o fluxo de líquido é direcionado da direita para a esquerda mediante o giro do tubo de aeração para a posição 2.

[0075] A figura 9 mostra uma representação esquemática de uma outra concretização do equipamento, que proporciona a inversão do fluxo de líquido sem mudança de posição da parede de separação ou giro do tubo de aeração. Referida concretização se apresenta com uma parede de separação e um único tubo de aeração, acima do qual existe uma meia cana que muda de posição para direcionar o ar para um dos lados do equipamento, determinando a direção do fluxo de líquido. Em A), a meia cana é posicionada no lado direito do equipamento, de forma a permitir o fluxo de bolhas somente pelo lado esquerdo, fazendo com que o fluxo de líquido ocorra da esquerda para a direita. Em B), a meia cana é posicionada no lado esquerdo do equipamento, de forma a permitir o fluxo de bolhas somente pelo lado direito, fazendo com que o fluxo de líquido ocorra da direita para a esquerda.

[0076] A figura 10 mostra uma vista em perspectiva de uma concretização de equipamento cuja configuração é de acordo com a figura 3A e 9B, sendo evidenciada a meia cana posicionada no lado esquerdo e o fluxo de líquido da direita para a esquerda.

[0077] A figura 11 mostra uma representação esquemática das tubulações ligadas a uma concretização de equipamento da presente invenção submerso em um tanque de água. As setas indicam a direção do fluxo de água que entra e sai do equipamento, sendo também indicada a entrada e saída de gases. São também mostradas no topo as válvulas à esquerda e à direita que proporcionam a alteração de fluxo ou fluxo bidirecional, quando ambas estão abertas. Nesta concretização, o sistema de alteração de direção de fluxo é distinto do descrito nas figuras 9-10, sendo feito através de placas deslizantes que fecham um ou outro lado do equipamento junto à placa central de separação.

[0078] A figura 12 mostra em mais detalhes as placas deslizantes de separação indicadas na figura 11. À esquerda é mostrada a posição aberta que permite a passagem de ar nos dois lados do equipamento; no centro da figura é mostrada a passagem de ar somente do lado direito do equipamento; à direita da figura é mostrada a posição das placas deslizantes que permite passagem do ar somente do lado esquerdo do equipamento.

[0079] A figura 13 mostra uma visão em corte de outra concretização do equipamento da invenção, sendo mostrados dois dutos de insuflamento junto à região central interna do equipamento, duas tubulações dotadas de válvulas (uma à esquerda, outra à direita) para o extravasamento de líquido aerado e um sistema de cinco válvulas nas tubulações de insuflamento de ar, para controle da direção de insuflamento e consequentemente do fluxo de líquido.

[0080] A figura 14 mostra em A) detalhes dos tubos de insuflamento de ar numa visão em perspectiva sem o restante do equipamento descrito na figura 13. Em B) são mostrados detalhes do sistema de válvulas para as tubulações de insuflamento de ar. Com a válvula 5 fechada e as válvulas 1-2, 3-4 abertas, o equipamento opera com duas bombas de ar (bomba 1 e bomba 2), o fluxo de líquido sendo ascendente em ambos os lados do equipamento, que opera em sua capacidade máxima, o líquido aerado sendo extravasado pelas tubulações laterais 6 e 7 mostradas na figura 13. Com a válvula 5 aberta, ao menos quatro modos de operação são possíveis: (i) com as válvulas 1,2 e 4 abertas e a válvula 3 fechada, somente a bomba 1 insufla ar e alimenta os dois lados do equipamento; (ii) com as válvulas 2, 3 e 4 abertas e a válvula 1 fechada, somente a bomba 2 insufla ar e alimenta os dois lados do equipamento; (iii) com as válvulas 1 e 4 abertas e as válvulas 2 e 3 fechadas, somente a bomba 1 insufla ar e alimenta o lado direito do equipamento, enquanto o lado esquerdo serve para extravasamento (situação na qual as válvulas 6 e 7 mostradas na figura 13 ficam fechadas; (iv) com as válvulas 3 e 2 abertas e as válvulas 1 e 4 fechadas, somente a bomba 2 insufla ar e alimenta o lado esquerdo do equipamento, enquanto o lado direito serve para extravasamento (situação na qual as válvulas 6 e 7 mostradas na figura 13 ficam fechadas. Esse arranjo de válvula proporciona muita flexibilidade na operação, segurança para a hipótese de falha de uma das bombas e também reversão do fluxo de líquido à escolha do operado com simples mudanças de válvulas. Os versados na técnica imediatamente saberão que sistemas de controle automático, pneumático e/ou eletrônico destas válvulas são facilmente implementáveis a partir da presente descrição.

Exemplo 3. Equipamento para dissolução massiva de gases em líquidos com múltiplos estágios [0081] Uma outra concretização de equipamento da invenção, de mesmas dimensões externas que o do exemplo anterior, porém com 4 estágios sucessivos de formação de filmes finos em cada um dos dois lados do equipamento, como indicado na figura 17 (que mostra somente um dos lados) opera com dois sopradores, cada um do modelo CV-51M (SNatural), de 0,5 CV e com capacidade de vazão de 1200 litros de ar por minuto, pressão de 1200 mm de coluna d'água. O equipamento desta concretização proporciona a dissolução de 14% do ar injetado em cada lado, ou seja, para 1000 litros de ar injetado por minuto em cada lado do equipamento, 4000 litros por minuto de água são saturados com oxigênio. O equipamento desta concretização, portanto, proporciona a dissolução de até 64 g de O2 por minuto e satura com oxigênio (8mg/L) 8000 litros de água por minuto ao custo energético de 1 HP.

[0082] Testes realizados com água coletada do canal do Cunha, uma água muito mal-cheirosa devido à emissão de gás sulfídrico, demonstraram que a eliminação do cheiro ocorreu nas primeiras horas de aeração forçada com o equipamento da concretização da invenção.

[0083] De se ressaltar que o equipamento da invenção proporciona o ajuste da dissolução de gases no líquido proporcionalmente à demanda de oxigênio no local e/ou ao tempo desejado de recuperação - 0 mesmo sendo válido para áreas maiores. Consequentemente, os versados na arte saberão, a partir dos ensinamentos ora apresentados, que o equipamento não apenas promove o aumento de eficiência e competitividade das empresas que atuam no segmento de saneamento ambiental, mas também a revitalização de áreas cuja atividade econômica está estagnada parcial ou completamente por conta da degradação ambiental. O uso do equipamento, adaptado a cada situação que requeira aeração/oxigenação, em diferentes escalas, proporciona para a recuperação de corpos líquidos, incluindo a despoluição da Baía de Guanabara (e outros corpos como lagoas, lagos em parques etc), processos amplamente favorecidos em ambiente saudável e aeróbico, bem como potencialmente em tratamento de água poluída e reaproveitamento como água de reúso em sistemas de abastecimento.

Exemplo 4. Processo para a Conservação da Qualidade da Água em Sistemas de Aquicultura [0084] A produção intensiva de alimentos demanda uma quantidade de água substancialmente grande, sendo conhecido que o consumo de água na agricultura e pecuária pode vir a competir com o uso de água para consumo humano. Uma alternativa que vem crescendo substancialmente no mundo, inclusive no Brasil, é a Aquicultura, sistema de produção de alimentos cultivados em ambientes aquáticos. Dentre outros exemplos, a produção de peixes merece destaque por ser uma fonte de proteína e por ter elevada capacidade de ampliação de escala, notadamente no Brasil.

[0085] Entretanto, a produção de peixes em larga escala - e especialmente o aumento da produtividade destes processos de aquicultura -enfrenta problemas técnicos relacionados ao consumo de oxigênio nestes corpos líquidos e à produção de carga orgânica na água, seja devido à grande quantidade de peixes, à carga orgânica por eles produzida, ou por ambos concomitantemente. Tais problemas limitam muito a produtividade de tais processos, além de gerar problemas ambientais devido à carga orgânica descartada, à utilização de maior quantidade de água limpa, e às necessidades operacionais frequente de troca de água. Além disso, esses problemas técnicos prejudicam a qualidade da água e consequentemente os peixes que nela vivem, bem como limitam a taxa de crescimento dos peixes.

[0086] A presente invenção provê uma solução a estes problemas. Nesta configuração, o equipamento é ilustrado esquematicamente nas figuras 18 e 20, sendo usado na aeração de um tanque de 12.500m3 para a produção de Tambaquis. O equipamento compreende: uma bomba de ar de 0,56 HP com capacidade de insuflamento de 1 m3/min de ar no tanque (operando em redundância com outra bomba, para o caso de eventual falha de uma bomba a outra atuar em sua substituição imediata ou rapidamente). Referida bomba é controlada por um dispositivo de acionamento ligado também a um gerador. Conectado por tubulação à referida bomba de ar está um equipamento da invenção gerador de filmes finos de líquido, com capacidade de 1000 L/min de dissolução de ar/oxigênio na água do tanque. É sabido que ocorre diminuição substancial da concentração de oxigênio dissolvido durante a noite. O equipamento da presente invenção, operando em sua capacidade máxima de insuflamento de 2000 L/min de ar (com um só estágio) proporciona a saturação de 2000 L/min de água, o que significa a dissolução de até 16 g de 02/min a um custo energético de 1HP. O equipamento é configurado para operar preferencialmente à noite. Operando somente com gerador a diesel, o suprimento externo de energia é de aproximadamente 750 W/h.

[0087] A Introdução de ar (O2) muda muito as características do corpo líquido: Desaparece o mau cheiro; Melhora as condições do cultivo de peixes; Aumenta a conversão alimentar (ou seja, diminui a quantidade de aeração necessária para a engorda do peixe); Viabiliza a produção intensiva de peixes, ou seja, o aumento da densidade de peixes por áres de tanque, devido à grande disponibilidade de ar no líquido e a melhor qualidade da água. Além disso, o stripping dos gases constantemente renova 0 ar dissolvido, evitando toxicidade.

Exemplo 5. Processo para a Conservação ou Melhoria da Qualidade da Água em um Rio (Rio Arrolo Fundo, Rio de Janeiro) [0088] A grave crise hídrica mencionada neste relatório não é somente relacionada à disponibilidade de água em quantidade, mas também em qualidade. Fontes de água cujo uso não é considerado atualmente, como águas usadas ou águas de rios poluídos podem ser ao menos parcialmente tratadas no leito do próprio rio mediante oxigenação com o equipamento da invenção. Nesta concretização, o equipamento da invenção é usado em conjunto com outros equipamentos conhecidos do estado da técnica. Fazendo-se referência ao Rio Arroio Fundo, no Rio de Janeiro, tem-se que a demanda pelo tratamento de suas águas é muito grande, devido à enorme quantidade de despejos (essencialmente esgoto doméstico de comunidades em seu entorno). No referido Rio, um arranjo no qual turbinas comercialmente disponíveis (Toring Turbine) são instaladas antes da estação de tratamento de rio, cada uma proporcionado a introdução de 10L/s de ar no corpo liquido na forma de microbolhas, a um custo energético de 2FIP. A introdução das microbolhas ajudar a diminuir a DBO do Rio também auxilia nos processo de flotação atualmente utilizados. Após a estação de tratamento do rio, equipamentos da presente invenção de acordo com a figura 3, 4 ou 17 complementam a aeração do leito do Rio, diminuindo o odor. A depender da quantidade de turbinas e equipamentos da invenção instalados no Rio, grande parte ou até mesmo toda a DBO pode ser suprida (através da diluição massiva de oxigênio do ar a baixo custo energético).

[0089] Neste contexto, importa ressaltar que a solução ora provida é sustentável energeticamente e praticamente não implica em custos operacionais (exceto por manutenção preventiva e/ou corretiva).

[0090] O depositante, ao depositar este pedido de patente perante o órgão competente/garante, busca e pretende: (i) nomear os inventores em respeito a seus respectivos direitos morais; (ii) indicar inequivocamente que é possuidor do segredo industrial e titular de qualquer forma de propriedade intelectual que dele derivar e o depositante desejar; (iii) descrever em detalhes o conteúdo objeto do segredo, comprovando sua existência nos planos físico e jurídico; (iv) estabelecer a relação entre os exemplos/concretizações e o conceito inventivo segundo a cognição do depositante e seu contexto, para demonstrar com clareza o alcance de seu bem intangível tutelado e/ou tutelável; (v) requerer e obter os direitos adicionais previstos para as patentes, se o depositante optar por prosseguir com o procedimento administrativo até o final.

[0091] A eventual futura publicação do pedido de patente não constitui, em si, autorização de uso comercial por terceiros. Ainda que o conteúdo passe a integrar o mundo físico acessível a terceiros, a publicação do pedido de patente nos termos da lei não elimina o status jurídico de segredo, servindo apenas e tão somente ao espírito da Lei para: (i) indicar inequivocamente seu possuidor/titular e inventor(es); (ii) cientificar terceiros quanto à existência do referido segredo industrial, do conteúdo para o que se requer proteção patentária e da data de seu depósito, a partir da qual será iniciado o prazo de vigência da exclusividade patentária; e (iii) auxiliar no desenvolvimento tecnológico e econômico do País, a partir da autorização do uso do segredo única e excepcionalmente para fins de estudos e/ou desenvolvimento de novas melhorias, evitando com isso reinvestimento paralelo por terceiros no desenvolvimento do mesmo bem.

[0092] Desde logo adverte-se que eventual uso comercial requer autorização do possuidor/titular e que o uso não autorizado enseja sanções previstas em Lei. Neste contexto, dado o amplo detalhamento segundo o qual o conceito e os exemplos foram revelados pelo depositante, os versados na arte poderão, sem muito esforço, considerar outras formas de concretizar a presente invenção de formas não idênticas às meramente exemplificadas acima. Entretanto, tais formas são ou poderão ser consideradas como dentro do escopo de uma ou mais das reivindicações anexas.

Reivindicações

Claims (5)

1. A proteção, no âmbito do inciso XXIX do artigo 5o da constituição federal, da criação industrial caracterizada por ser substancialmente conforme descrita nas páginas 1 a 35 e figuras desse relatório.

2. A manutenção do segredo da criação industrial caracterizada por ser substancialmente conforme descrita nas páginas 1 a 35 e figuras desse relatório.

3. Equipamento para diluição massiva de gases em líquidos caracterizado por compreender uma estrutura contendo: a. uma zona de seção transversal maior compreendendo: i. uma região de entrada de líquido; e ii. um ou mais dispositivo(s) geradores de bolhas convencionais; b. uma zona de seção transversal menor compreendendo: iii. uma região com redução da área da seção transversal para proporcionar a formação de filmes de líquido mediante a ascensão das bolhas e passagem pela referida redução de área; iv. uma zona de extravasamento do líquido na parte superior; v. uma saída para os gases que ascendem por esta região, posicionada acima da zona de extravasamento; c. uma saída para o líquido conectada à zona de extravasamento.

4. Equipamento de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por ser substancialmente conforme as figuras 3-21.

5. Processo para diluição massiva de gases em líquidos caracterizado por compreender o uso do equipamento conforme descrito na reivindicação 3.