BR102017017956A2 - Dispositivo oxigenador de meios aquosos - Google Patents
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Abstract
dispositivo oxigenador de meios aquosos, definido essencialmente por equipamento de alta performance capaz de criar oxigênio dissolvido, ofertando este em abundância ao meio, de forma a promover a oxidação de algas e matéria orgânica existente, e realizar reações de oxidação, com sais e metais solúveis, liberando o nitrogênio amoniacal, reduzindo o fósforo e o fosfato, precipitando o ferro, o manganês, bem como os carbonatos, permitindo a posterior retirada destes compostos através de processos posteriores, como decantação e filtragem, por meio de equipamento pequeno, de fácil instalação, baixo consumo energético e alta eficiência, e consiste em reator, dotado de bomba, que suga o liquido por entrada, de diâmetro maior, com defletor no interior da tubulação, antes da zona de baixa pressão, zona de aspiração, responsável por permitir a entrada do ar para oxigenar o meio liquido, com entradas de ar,e em que o ar é direcionado para o interior da câmara interna do reator, sendo incorporado ao líquido, após segue para zona de pressurização, local onde a pressão se eleva espontaneamente, seguida da zona de turbulência, onde a mistura liquido/ar é efetivada numa segunda fase da mistura, até a saída do líquido já aerado.
Description
DISPOSITIVO OXIGENADOR DE MEIOS AQUOSOS.
[001] O presente relatório se refere a uma patente de invenção constituída por dispositivo oxigenador de meios aquosos, definido essencialmente por reator de alta performance capaz de “criar” oxigênio dissolvido, ofertando este em abundância ao meio, de forma a promover a oxidação de algas e matéria orgânica existente, e realizar reações de oxidação, com sais e metais solúveis, liberando o nitrogênio amoniacal, reduzindo o fósforo e o fosfato, precipitando o ferro, o manganês, bem como os carbonatos, permitindo a posterior retirada destes compostos através de processos posteriores, como decantação e filtragem, por meio de equipamento pequeno, de fácil instalação, baixo consumo energético e alta eficiência, tendo, como campo de aplicação, como oxigenador em criadouros de peixes e camarões, em tratamentos de dejetos humanos ou de animais, tais como dejetos in natura de suínos ou no pós biodigestores, no tratamento de chorumes de aterros sanitários e em efluentes industriais, no processo de injeção e dispersão de gases em meio líquido como, por exemplo, o gás carbônico na indústrias de refrigerantes.
[002] O estado da técnica no tocante a meios de oxigenação de meios aquosos, efluentes em geral, dentre outros, se apresenta na utilização de variadas formas e equipamentos em que esta oxigenação pode ser realizada por agitação, turbilhonamento, injeção de ar ou oxigênio gasoso ou líquido por bombeamento forçado, com ou sem sistema de microbolhas, sistemas estes de oxigenação que também variam quanto a sua complexidade, mas todos com eficiência insuficiente. Mesmos os mais complexos carecem da possibilidade de pré-ajustes às condições de uso às reais necessidades e possíveis variantes que possam ocorrer. Logo, os modelos em uso não chegaram ao estado de eficiência na oxigenação de efluentes e meios aquosos, e, por vezes, a relação custobenefício é outro fator impeditivo.
[003] Tendo como objetivo buscar oxigenação perfeita de meios aquosos, efluentes, dentre uma série de outros passivos ambientais, produzindo, consequentemente, os efeitos saneadores da oxidação em orgânicos e todos os efeitos correlatos provocando a separação de materiais sólidos dos líquidos, concebeu-se o presente pedido de patente de invenção, um dispositivo
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- 2 / 5 oxigenador que atua sem a utilização de meios acessórios, aproveitando-se unicamente dos recursos naturais, como pressão atmosférica e hidráulica.
[004] Neste escopo, o presente objeto de patente de invenção serve-se da aplicação do chamado efeito Venturi para a inserção “oxigenação”- de ar num determinado meio aquoso ou material líquido a ser tratado, com o diferencial que, no equipamento proposto em questão, este processo é feito de forma natural ou espontânea, ou seja, a oxigenação do material decorre da sucção do ar externo em virtude da pressão negativa criada na câmara de passagem do equipamento. O efeito Venturi (também conhecido como tubo de Venturi) ocorre, como é conhecido, quando num sistema fechado, o fluido em movimento constante em duto uniforme comprime-se momentaneamente ao encontrar uma zona de estreitamento, aumentando sua velocidade e, ao atravessá-la cria uma “zona de baixa pressão”.
[005] Associado a este efeito, exatamente na zona de baixa pressão, produz-se diversos furos, dimensionados em diâmetro e quantidade de acordo com o projeto customizado do equipamento - conforme dimensionamento do meio condutor e do respectivo bombeamento ocorrendo o fenômeno de absorção espontânea de gases (ar) graças ao diferencial natural de pressão criado pelo efeito Venturi. Com os gases aspirados dispersos no material conduzido pelo tubo, tudo é conduzido ao final do mesmo, sendo dispensados abruptamente graças ao corte do tubo enquanto estreito, em outro tubo com diâmetro cerca de 50% a maior, criando-se outro efeito, o da turbulência, o que promove oxigenação de todo o material liquido ou pastosamente liquido, tais como efluentes industriais, dejetos orgânicos, cuja oxigenação promove a separação dos materiais sólidos da água. Esta, devidamente oxigenada, deixa de agredir o meio ambiente, renovando a vida aquática ou podendo ser reaproveitada. O dimensionamento do equipamento é feito atendendo as necessidades de cada estação, em face das demandas de vazão real e o tempo de residência do efluente. Com o dimensionamento proporcional à demanda aplicada, ajusta-se a seção menor para o efeito Venturi, de forma a garantir uma
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- 3 / 5 pressão negativa máxima e absorver o máximo de ar, para incorporar o máximo de oxigênio, o qual será dispersado e incorporado no líquido na seção seguinte, por meio de turbilhonamento, onde o escoamento deixa de ser laminar e passa a ser turbulento, simulando a natureza, como suas cachoeiras e corredeiras, “dissolvendo” assim o oxigênio.
[006] O mecanismo de transferência do oxigênio para o material que passa pelo duto, se compõe, portanto, de dois efeitos, o já citado efeito Venturi com aspiração dos gases externos ao duto, e o segundo, o de turbilhonamento, por ocorrência de brusco aumento da pressão pela ampliação repentina do duto, resultando, portanto, em pressurização do material em tratamento com difusão e solubilização do oxigênio no mesmo. É de conhecimento que a solubilidade do oxigênio em água tem um comportamento inverso em relação à temperatura (quanto menor a temperatura maior a quantidade de oxigênio dissolvido) e direto em relação à pressão (o aumento da pressão aumenta a quantidade de oxigênio na água). Esse comportamento físico químico é utilizado na concepção do equipamento oxigenador, como o tempo de contato entre as bolhas e o líquido é relativamente curto, é necessário utilizar outras variáveis para conseguir eficiência no processo. Como no caso do equipamento proposto é a área de contato gás/líquido, que cresce com a diminuição do diâmetro e consequente maior número das microbolhas para um mesmo volume de ar, quanto maior a área de contato maior a eficiência na transferência, ficam então associados o aumento de área de contato com o aumento de pressão para gerar o resultado esperado. A alta eficiência de transferência do oxigênio, é decorrente do fato de que no processo de aspiração, devido à alta velocidade do fluido e o tamanho dos orifícios de entrada do ar, são formadas microbolhas que, na fase de pressurização, são comprimidas momentaneamente, aumentando a difusão dos gases no líquido, facilitando assim a solubilização do oxigênio. Outro efeito que se soma a este, é o turbilhonamento gerado na saída pela expansão da área de escoamento, provocando uma segunda fase de mistura ar/líquido, gerando desta forma e
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- 4 / 5 em abundância o oxigênio dissolvido, que mantém a vida da flora e fauna nos rios e lagos.
[007] De forma detalhada, o então pedido de patente de invenção se vislumbra na forma de um equipamento oxigenador que consta de, bomba, responsável pela sucção do líquido para o interior do equipamento, o líquido é encaminhado por tubulação de diâmetro maior até o ponto de estrangulamento, antes contudo, deste ponto, “defletores de rotação”, aletas instaladas no interior da tubulação que “quebram” o movimento do fluxo e impedem a formação de vórtices reduzindo o movimento tangencial do líquido, é sabido que, o escoamento rotacional ou vorticoso prejudica o princípio de funcionamento do sistema. Seguindo desta tubulação de diâmetro maior o liquido/material é bruscamente encaminhado para a zona de estrangulamento e, portanto, de menor diâmetro, também conhecida como zona de baixa pressão pois, aproveitando-se para transformá-la em zona de aspiração na qual, orifícios permitem, pelo diferencial de pressão, a entrada do ar “sugado” para que seja incorporado ao meio líquido, seguindo-se então, a zona de pressurização, na qual a pressão do líquido se eleva espontaneamente em zona de turbulência, na qual, intensifica-se a mistura de oxigênio e líquido/material em tratamento, expelindo-se do equipamento então, o líquido totalmente aerado.
[008] O dispositivo oxigenador de meios aquosos, objeto da presente patente de invenção, será mais bem descrito com base no desenho abaixo relacionado:
[009] FIGURA 1: Representa uma vista esquemática do funcionamento do sistema que envolve o processo de oxigenação proposto pelo equipamento.
[010] O dispositivo oxigenador de meios aquosos, assim concebido é formado a partir de reator (1), dotado de bomba (2), que suga o liquido por entrada (3), de diâmetro maior (4), com defletor no interior da tubulação (5), antes da zona de baixa pressão (6), zona de aspiração (7), responsável por permitir a entrada do ar para oxigenar o meio liquido, com entradas de ar (8),e em que o ar é direcionado para o interior da câmara interna (9) do reator (1), sendo incorporado ao líquido, após segue para zona de
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- 5 / 5 - pressurização (10), local onde a pressão se eleva espontaneamente, seguida da zona de turbulência (11), onde a mistura liquido/ar é efetivada numa segunda fase da mistura, até a saída do líquido (12) já aerado.
Claims (1)
- REIVINDICAÇÃO1. DISPOSITIVO OXIGENADOR DE MEIOS AQUOSOS, caracterizado por reator (1), dotado de bomba (2), entrada (3), de diâmetro maior (4), com defletor no interior da tubulação (5), zona de baixa pressão (6), zona de aspiração provida de orifícios (7), entradas de ar (8), câmara interna (9), zona de pressurização (10), zona de turbulência (11), saída do líquido (12).
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- 2017-08-22 BR BR102017017956-7A patent/BR102017017956A2/pt active Search and Examination
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2018
- 2018-08-21 WO PCT/BR2018/050297 patent/WO2019036784A1/pt active Application Filing
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| WO2019036784A1 (pt) | 2019-02-28 |
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