BR102020021477A2 - Equipamento refrigerador de bebidas com sistema giratório para transferência de calor por convecção - Google Patents

Abstract

Um equipamento de refrigeração (1) formado a partir de um gabinete frigorífico (2) projetado para receber em sua câmara (3) um líquido estável (LE) e possuir componentes específicos para prover um sistema giratório de resfriamento deste líquido estável (LE) e o consequente resfriamento por convecção da bebida de um recipiente (R) também em giro, seja este uma garrafa de vidro, uma garrafa plástica ou lata. No equipamento, a câmara (3) é preenchida com o líquido estável (LE), sendo esse resfriado até uma temperatura próxima e abaixo da desejada. Na sequência, o recipiente de bebida (R) é inserido na câmara de resfriamento (3), mergulhado no líquido estável (LE), com a base alojada no berço giratório (10) e o gargalo apoiado no mancal (12) do suporte (11), sendo a câmara de resfriamento (3) fechada. Nesta condição, o motor externo (8) é acionado fazendo girar o berço giratório (10) com o recipiente de bebidas (R) no interior da câmara de resfriamento (3), onde ao mesmo tempo o motor inferior (13) é também acionado, fazendo girar o agitador (15) e suas pás, agitando e misturando de forma constante o líquido estável (LE) e proporcionando assim a troca rápida, quase imediata, de calor entre o líquido estável (LE) e o recipiente (R), gelando a bebida.

Description

EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS COM SISTEMA GIRATÓRIO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO Introdução

[001] Refere-se o presente relatório descritivo, a um pedido de patente para um sistema de resfriamento rápido de bebidas em geral em recipientes como latas e garrafas. O resfriamento ocorre em uma câmara isolada termicamente, abastecida com líquido estável refrigerado entre -15°C a 10°C, onde o recipiente de bebida é imerso e fixado.

[002] No interior da câmara frigorífica, por um sistema de fixação, o recipiente é constantemente girado no líquido resfriado, que se encontra em movimento por um agitador, efetuando a transferência eficaz de calor e realizando a refrigeração rápida da bebida.

Comentários da técnica

[003] Como se sabe, atualmente são utilizados refrigeradores como geladeiras, freezers e adegas termoelétricas convencionais para a refrigeração de bebidas contidas em garrafas ou latas.

[004] Como exemplo da matéria acima exposta e a fim de apresentar o estado da técnica aplicado, é comentado o documento de patente abaixo:

• - PI 0704515-8 A2, intitulado “ADEGA TÉRMICA PORTÁTIL PARA GELADEIRAS”, o qual pleiteia uma Adega Térmica Portátil para Geladeiras, que através de um recipiente revestido com uma camada de isolamento térmico utiliza a refrigeração da geladeira para manter os vinhos na temperatura adequada para seu armazenamento e refrigeração, tendo um sensor de temperatura interna para informar o espaçamento necessário do fluxo de ar para o interior da adega. Adega Térmica Portátil para Geladeiras compreende um recipiente revestido por um isolante térmico com entradas de ar na área superior, que possui um controle de espaçamento para o fluxo de ar interno. O recipiente possui uma porta de acesso e hastes para apoio dos vinhos, que são resfriados e monitorados através de um sensor de temperatura interno.

[005] Ocorre que os refrigeradores convencionais levam um tempo superior de 1 hora para refrigerar as bebidas na temperatura ideal para o seu consumo, sendo que os mesmos ou gelam muito ou gelam de menos, ou seja, além de o usuário ter que esperar esse tempo para poder consumir sua bebida, a mesma pode não estar na temperatura desejável.

[006] É sabido também que a forma mais eficiente de refrigerar as bebidas é por convecção. Para tal, é normalmente utilizado um cooler (caixa de isopor) onde são inseridos água e gelo, sendo aí mergulhados os recipientes das bebidas. Esse método, porém, é rústico, manual e antiquado, apresentando uma série de problemas, especialmente dentro de residências. Apesar de ser mais eficiente, esse método manual de refrigeração de bebidas é também demorado, pois não conta com qualquer sistema moderno para o aumento da eficácia na troca de temperatura entre a água e o recipiente.

Objetivo do pedido

[007] A proposta do pedido em questão é exatamente permitir a refrigeração rápida de bebidas em geral, em recipientes como garrafas e latas, alcançando a temperatura desejável para o seu consumo em tempo consideravelmente curto. Pelo sistema proposto o recipiente fica imerso em um fluído líquido estável, composto por uma mistura de água com sal, água com álcool ou água com outro, abastecido no interior de uma câmara isolada. Lá, este fluído é colocado em movimento por um agitador e refrigerado a uma temperatura entre -15°C a 10°C pelo sistema de refrigeração do equipamento, podendo este ser um sistema termoelétrico de pastilhas Peltier ou um circuito refrigerante comum, controlados por um painel de controle. Na câmara, o recipiente é fixado no berço de um sistema rotativo e permanece girando a velocidade constante ou variável, efetuando a transferência de calor entre o fluído estável e o recipiente da bebida, sendo este gelado de forma rápida - em aproximadamente cinco minutos, de acordo com o volume do recipiente. Com isso é permitido ao usuário a otimização substancial do tempo de refrigeração para o consumo de suas bebidas e maior precisão da temperatura.

Breve descrição das figuras

[008] Explicado até então superficialmente, passa o invento (em sua configuração para um único recipiente e sistema termoelétrico) a ser ilustrado pelas figuras anexas, das quais:
Figura 1 - vista superior do equipamento refrigerador;
Figura 2 - vista frontal, em corte, do equipamento refrigerador, nesta condição pode-se observar melhor os componentes em seu interior;
Figura 3 - vista lateral, em corte, do equipamento refrigerador;
Figura 4 - vista segundo figura 2, mostrando que a câmara é preenchida com o líquido estável e o equipamento é ligado, promovendo a refrigeração desse líquido e sua movimentação constante pelo agitador, até alcançar uma temperatura próxima à ideal;
Figura 5 - vista segundo a figura anterior, mostrando a seqüência de preparação para a refrigeração do recipiente de bebidas, o qual é então inserido no interior da câmara de refrigeração, mergulhado no líquido estável e fixado no berço giratório;
Figura 6 - vista segundo a figura anterior, onde o equipamento está promovendo o resfriamento da bebida do recipiente. Nesta condição, o sistema de refrigeração (no caso o termoelétrico) continua resfriando o fluído estável que é constantemente movimentado pelo agitador, assim como o recipiente da bebida é rotacionado pelo berço, realizando assim a troca rápida de calor por convecção entre o fluido estável e o recipiente;
Figura 7 - mostra uma configuração do equipamento em disposição verticalizada, onde o berço está disposto no fundo da câmara e o agitador na lateral.

Descrição detalhada do invento

[009] Em conformidade com os desenhos anexos, o “ EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS COM SISTEMA GIRATÓRIO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO ”, objeto desse pedido de patente é constituído, conforme ilustram em especial as figuras 1, 2 e 3, por um equipamento de refrigeração (1) formado a partir de um gabinete frigorífico (2) projetado para receber um líquido estável e com componentes específicos para prover um sistema de resfriamento deste líquido estável e consequente resfriamento por convecção da bebida contida em um recipiente em giro, seja este uma garrafa de vidro, uma garrafa plástica ou lata.

[010] Mais especificamente, o gabinete frigorífico (2) do equipamento (1) é um gabinete de formato variável, preferencialmente retangular ou cilíndrico, projetado para suportar e isolar baixas temperaturas em seu interior. O gabinete (2) prevê uma câmara principal de resfriamento (3), fechada superiormente por tampa (3a), e uma repartição de alojamento inferior (4). As figuras ilustram o gabinete (2) em sua configuração retangular, porém este pode apresentar-se no formato cilíndrico, contando com os mesmos sistemas e componentes a serem descritos mais adiante. A tampa (3a) pode ser do tipo basculante ou de correr, manual ou automática, sendo projetada para o fechamento hermético da câmara de resfriamento (3).

[011] Mais especificamente, a lateral da câmara de resfriamento (3) recebe o sistema de refrigeração do equipamento, podendo este ser um sistema termoelétrico ou comum. O sistema termoelétrico (ilustrado pelas figuras) conta com um conjunto de pastilhas Peltier (5) dotadas de um dissipador externo de calor (6) com cooler e dissipadores internos de refrigeração (7). Já um circuito refrigerante comum (não mostrado), conta com compressor, evaporador, condensador, válvula de expansão e fluído refrigerante. A parede traseira da câmara de resfriamento (3) recebe externamente pelo menos um motor (8) que estende seu eixo (9) até o interior da câmara (3) e sustenta aí um berço giratório (10). Próximo à parede frontal da câmara (3), em contraposição ao berço giratório (10), o piso da câmara (3) sustenta um suporte (11) vertical dotado de um mancal superior (12), estando este último alinhado ao centro do berço giratório (10).

[012] O alojamento inferior (4) do equipamento (1) aloja um motor de giro (13) cujo eixo (14) estende-se para cima, ultrapassando o piso até o interior da câmara de resfriamento (3) e sustentando aí um terminal agitador (15).

[013] O equipamento (1) conta ainda com um sensor de temperatura interno à câmara de resfriamento (3) e um painel de controle externo para controle de suas funções.

[014] O equipamento (1) poderá, opcionalmente, receber mais de um conjunto de motor (8) com berço (10) e suporte (11) com mancal (12), estando assim preparado para o resfriamento de mais de uma unidade de recipiente de bebida.

[015] O berço (10) poderá adotar diferentes formatos, que seja capaz de alojar diferentes formatos de recipientes de bebidas em geral, como garrafas e latas.

[016] O suporte (11) com mancal (12) poderá ser fixo ou apresentar-se em sistema móvel qualquer (trilhos, rosca sem fim, atuador, etc.) para permitir sua movimentação dentro da câmara de resfriamento (3), movimentando-se para perto ou para longe do berço (10), de acordo com as dimensões do recipiente ou embalagem.

[017] Assim constituído o equipamento de refrigeração (1), passa a ser explicado o seu funcionamento.

[018] Conforme ilustra a seqüência da figura 4, o equipamento (1) deve ter sua tampa superior (3 a) aberta para que a câmara de resfriamento (3) seja abastecida com um líquido estável (LE). Esse líquido estável (LE) deve ter seu ponto de congelamento abaixo de -15°C, podendo ser, portanto, uma mistura de água e sal, água e álcool ou água e outro componente que diminua seu ponto de congelamento. Este líquido estável (LE) deve preencher a câmara (3) até cobrir os dissipadores internos de refrigeração (7) das pastilhas Peltier (5) no caso do sistema termoelétrico ou até cobrir o evaporador no caso do sistema comum.

[019] Estando a câmara de resfriamento (3) preenchida com o líquido estável (LE), sua tampa é fechada para o isolamento de seu interior. Nessa etapa, o usuário deve definir no painel de controle a temperatura desejada para a bebida (entre -15°C e 10°C), quando então o sistema de refrigeração entra em funcionamento e, gradualmente, resfria o líquido estável (LE) até um ponto próximo e abaixo da temperatura desejada, onde também o motor inferior (13) é acionado, e por seu eixo (14) faz girar o agitador (15) e suas pás, misturando de forma constante o líquido estável (LE) para promover o equilíbrio de temperatura em todo seu volume.

[020] Assim, próximo ao ponto desejado de temperatura, o usuário poderá abrir novamente a tampa (3a) da câmara de resfriamento (3) e inserir o recipiente de bebida (R) - uma garrafa de vidro, uma lata, garrafa plástica menor ou outro - de forma que sua base seja alojada no berço giratório (10) e seu gargalo apoiado no mancal (12) do suporte (11). Dessa forma, estando o recipiente de bebida (R) sustentado pelo berço giratório (10), mergulhado no líquido estável (LE), a câmara de resfriamento (3) é novamente fechada, conforme ilustra a figura 5. Nessa etapa, o sistema de refrigeração continua a refrigerar o líquido estável (LE), que continua a ser movimentado pelo agitador (15), quando então o motor externo (8) é acionado, fazendo girar o berço giratório (10) e, consequentemente, o recipiente de bebidas (R) no interior da câmara de resfriamento (3), em velocidade constante ou variável dependendo da programação.

[021] Dessa forma, com o recipiente de bebida (R) girando em imersão no líquido estável (LE), o qual é refrigerado constantemente em uma temperatura ajustada pelo controlador de temperatura, entre -15°C e 10°C, é realizada a troca rápida de temperaturas por convecção entre este líquido (LE) e o recipiente de bebidas (R), onde a bebida contida em seu interior é refrigerada de forma consideravelmente rápida, em torno de 5 minutos ou menos, dependendo da temperatura desejada e do volume do recipiente. A troca de temperaturas é imensamente auxiliada pelo agitador (15) que, por manter o líquido estável (LE) sempre em movimento, aumenta de forma considerável o coeficiente de troca de temperaturas por convecção entre o líquido (LE) e o sistema de resfriamento e entre o líquido (LE) e o recipiente (R).

[022] Observa-se, portanto, que o equipamento (1) aqui ensinado, por utilizar um sistema giratório, garante que as moléculas do líquido a ser resfriado estejam em movimento, ocasionando aumento da taxa de transferência de calor por convecção, reduzindo assim o tempo de resfriamento da bebida.

[023] O equipamento (1) com sistema de controle da temperatura é altamente eficaz, especialmente pelo pré-resfriamento do líquido estável (LE) antes da introdução do recipiente (R), uma vez que seguindo a teoria do resfriamento de Newton, é sabido que quanto maior a diferença de temperatura entre a fonte fria e a fonte quente, mais rápido será a variação de temperatura.

[024] Ao final do ciclo de funcionamento, a câmara (3) pode ser aberta para que o recipiente (R) então seja retirado do equipamento (1) com a bebida devidamente resfriada, que estará na temperatura ideal e desejada, permitindo seu consumo imediato pelo usuário.

[025] O sistema de troca de temperaturas do mecanismo, por trabalhar em uma faixa de -15 a 10°C, pode tanto resfriar uma bebida quanto fornecer calor, quando necessário.

[026] No painel de controle será programada a temperatura ideal, desejada, em que se deseja obter a bebida do recipiente (R), onde as variáveis de controle serão o volume interno da garrafa, o tipo de bebida, o material do recipiente (R), a temperatura do recipiente (R) e a temperatura ambiente.

[027] Dessa forma, em resumo, o resfriamento proporcionado pelo equipamento (1) ocorre em duas fases:

• 1a - Resfria-se o líquido estável (LE) a temperaturas a abaixo da temperatura desejável para a bebida do recipiente (R) durante um intervalo do processo. Essa diferença grande de temperatura faz com que a temperatura do recipiente caia bruscamente, de modo que em 4min a temperatura caia entre 20°C a 30°C;
• 2a - Na segunda fase, o recipiente (R) é introduzido, onde o berço (10) o mantém em rotação e o agitador mantém o líquido estável (LE) em movimento até o final do ciclo, aumentando o coeficiente de troca de temperaturas.

[028] Por fim, conforme ilustra a figura 6, o equipamento (1) pode apresentar-se em uma configuração verticalizada, onde o berço (10) está disposto no fundo da câmara de resfriamento (3) e o agitador (15) em sua lateral. Essa disposição facilita a introdução do recipiente (R) no líquido estável (LE) já resfriado.

Claims (7)

1. “EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS”, um equipamento de refrigeração (1) formado a partir de um gabinete frigorífico (2) com câmara isolada (3) caracterizado por ser projetado para receber um líquido estável e adotar componentes para prover um sistema de resfriamento e movimentação constante deste líquido estável e consequente resfriamento por convecção da bebida de um recipiente em giro mergulhado nesse líquido, seja uma garrafa de vidro, uma garrafa plástica ou lata.
2. “EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS”, de acordo com a reivindicação 1, o gabinete frigorífico (2) do equipamento (1) é um gabinete com isolamento térmico, em formato variável, projetado para suportar baixas temperaturas em seu interior, dito gabinete (2) prevê uma câmara principal de resfriamento (3), fechada superiormente por tampa (3a); caracterizado por adotar uma repartição de alojamento inferior (4); a lateral da câmara de resfriamento (3) receber o sistema de refrigeração do equipamento, podendo este ser um sistema termoelétrico ou comum; a parede traseira da câmara de resfriamento (3) receber externamente pelo menos um motor (8) que estende seu eixo (9) até o interior da câmara (3) e sustenta aí um berço giratório (10); próximo à parede frontal da câmara (3), em contraposição ao berço giratório (10), o fundo da câmara (3) sustentar um suporte vertical (11), fixo ou móvel, dotado de mancal superior (12), estando este último alinhado ao centro do berço giratório (10); o alojamento inferior (4) do equipamento (1) alojar um motor de giro (13) cujo eixo (14) estende-se para cima, ultrapassando o piso até o interior da câmara de resfriamento (3) e sustentando aí um terminal agitador (15); o equipamento (1 ) adotar um sensor de temperatura interno à câmara de resfriamento (3) e um painel de controle externo para controle de suas funções.
3. “EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo equipamento (1) prever a adoção de mais de um conjunto de motor (8) com berço (10) e suporte (11) com mancal (12) para o resfriamento de mais de uma unidade de recipiente de bebida.
4. “EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo berço (10) adotar diferentes formatos capazes de alojar diferentes formatos de recipientes e embalagens de bebidas.
5. “EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo suporte (11) com mancal (12) ser fixo ou apresentar-se em um sistema móvel (trilhos, atuador, motor com correia ou outro) para permitir sua movimentação dentro da câmara de resfriamento (3), para perto ou para longe do berço (10).
6. “EQUIPAMENTO REFRIGERADOR DE BEBIDAS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo equipamento (1) poder apresentar-se em uma configuração verticalizada, onde o berço (10) está disposto no fundo da câmara de resfriamento (3) e o agitador (15) em sua lateral.
7. “SISTEMA GIRATÓRIO PARA TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO”, de acordo com o equipamento de refrigeração (1) definido na reivindicação 1, caracterizado por, com a tampa superior (3a) aberta, a câmara de resfriamento (3) ser abastecida com um líquido estável (LE), sendo esse um líquido com ponto de congelamento abaixo de -15°C (podendo ser mistura de água e sal, água e álcool ou água e outro componente que diminua seu ponto de congelamento), dito líquido estável (LE) preenchendo a câmara (3) até cobrir os dissipadores internos de refrigeração (7) das pastilhas Peltier (5) no caso do sistema termoelétrico ou até cobrir o evaporador no caso do sistema comum, sendo a tampa fechada, onde então o usuário deve definir no painel de controle a temperatura desejada para a bebida (entre -15°C e 10°C), quando o sistema de refrigeração inicia o resfriando do líquido estável (LE) até um ponto próximo e abaixo da temperatura desejada, onde também o motor inferior (13) é acionado, e por seu eixo (14) faz girar o agitador (15) e suas pás, misturando de forma constante o líquido estável (LE); na sequência, é aberta a tampa (3a) da câmara de resfriamento (3) e inserido o recipiente de bebida (R) de forma que sua base seja alojada no berço giratório (10) e seu gargalo apoiado no mancal (12) do suporte (11), estando mergulhado no líquido estável (LE), sendo a câmara de resfriamento (3) novamente fechada, onde o sistema de refrigeração continua a refrigerar o líquido estável (LE), que continua a ser movimentado pelo agitador (1 5), sendo o motor externo (8) acionado, fazendo girar o berço giratório (10) e, consequentemente, o recipiente de bebidas (R) no interior da câmara de resfriamento (3), em velocidade constante ou variável, até o final do ciclo.

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