BR102021023619A2 - Equipamento colorimétrico autônomo com controle volumétrico não-isobárico para qualidade de água - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um equipamento calorimétrico autônomo utilizado nos setores de saneamento, indústrias, condomínios residenciais e/ou qualquer outro setor econômico no qual se busca o conhecimento da qualidade de água, pela determinação de parâmetros de potabilidade de água. A presente invenção tem como um dos objetivos prover um equipamento colorimétrico autônomo com controle volumétrico não-isobárico para qualidade de água. Este equipamento é dotado da faculdade para determinar as próprias condições de análises, controle e dosagem sem imposições externas sistemáticas, evitando e ou reduzindo a necessidade de visitas de operadores e ou técnicos no local de instalação do equipamento. Outro objetivo da presente invenção é prover uma coleta de dados automática e em momentos determinados via sistemas de comunicações baseados em conceitos de Internet-das-Coisas (IoT), permitindo também o compartilhamento destas informações. Ainda é um dos objetivos da presente invenção propor um equipamento que não dependa da velocidade de escoamento da agua.

Description

EQUIPAMENTO COLORIMÉTRICO AUTÔNOMO COM CONTROLE VOLUMÉTRICO NÃO-ISOBÁRICO PARA QUALIDADE DE ÁGUA Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um equipamento calorimétrico autônomo utilizado nos setores de saneamento, indústrias, condomínios residenciais e/ou qualquer outro setor econômico no qual se busca o conhecimento da qualidade de água, pela determinação de parâmetros de potabilidade de água.

Estado da técnica

[002] O monitoramento da qualidade de água é regulamentado por legislação federal, bem como por portarias de órgãos de controle federais, estaduais e municipais, a fim de eliminar riscos à saúde. Para atender essas exigências, existem no mercado diferentes equipamentos. Ditos equipamentos visam determinar os parâmetros exigidos pelos órgãos de fiscalização instalados fora ou na linha de produção de água. As técnicas analíticas utilizadas para este fim são padronizadas por diversas instituições.

[003] Os equipamentos descritos “fora da linha” necessitam de procedimentos manuais de coletada de amostra de água que se deseja caracterizar, aferição do volume de reação e a esta são aplicados os procedimentos estabelecidos para determinação do parâmetro conforme bibliografia proposta. Claramente a frequência analítica que estes equipamentos são capazes de realizar fica limitada na coleta de amostra, que necessitas de técnico capacitado para realizar. Já os equipamentos descritos “na linha”, realizam a coleta automática e contínua da amostra de água, incrementando muito a frequência analítica e, por consequência, tendo um elevado consumo de insumos necessários para aplicação das técnicas recomendadas.

[004] Entre estas duas características é que o dispositivo descrito neste relatório se posiciona, realizando amostragem e todos os outros procedimentos de forma automática sem ser contínua, permitindo que o usuário, e/ou a inteligência artificial embarcada, definam a frequência analítica necessária. Desta forma, há uma economia de insumos e de resíduos gerados durante o monitoramento dos parâmetros de qualidade da água.

[005] Encontramos no mercado diversas tecnologias as quais tem o objetivo de melhorar a análise da potabilidade da água. Contudo, o desenvolvimento do dispositivo descrito neste pedido de patente é baseado no estado-da-arte das tecnologias construtivas, de informação e comunicação, diferenciando-se dos demais. O conceito de análise de fluxo já é bastante conhecido e estabelecido, tento um estado da técnica bastante claro. Contudo, a fronteira do deste conceito é ultrapassada com este pedido de invenção, que potencializa o poder de processamento e analise, permitindo que dispositivos mais simples sejam incorporados nesta patente, promovendo ganhos econômicos com sua construção.

[006] Destaca-se alguns registros de patentes encontrados de dispositivos similares, que foram utilizadas como base para no desenvolvimento de alguns equipamentos existente no mercado:

[007] O documento US 4,022,575, propõem um sistema analítico de fluxo contínuo no qual existe fornecimento de um fluxo transportador contínuo desobstruído, no qual volumes discretos de soluções de reagentes são injetados sucessivamente na corrente de amostra, de modo que uma reação ocorra durante o transporte. Um detector para medir os resultados de qualquer reação entre o fluxo de reagentes e a amostra é posicionada a jusante do ponto de injeção.

[008] O documento US 4,315,754, apresenta uma análise de fluxo contínuo com uma corrente transportadora desobstruída, controlada para o transporte de uma de amostra através de um canal principal até a estação de injeção de amostra e para um detector de fluxo. Um ou mais reagentes são injetados na amostra durante o seu caminho através do canal principal, sendo a dispersão controlada para otimizar as condições da reação química. Os reagentes são adicionados pelo bombeamento intermitentemente em fluxos, onde pelo menos um dos dispositivos de entrega da solução é ativado e desativado em intervalos de tempo pré-programado durante cada ciclo de amostragem. Cada ciclo é iniciado por meio da injeção da solução de amostra na estação de seleção. Os dispositivos de entrega de solução podem ter várias taxas de bombeamento e pelo menos uma bomba pode ser uma bureta automática. A entrega é controlada por um temporizador ou microcomputador, e o transporte de solução pode ser momentaneamente parado antes da amostra entrar ou enquanto está dentro do detector de fluxo.

[009] Ainda o documento US 2020/0386669, apresenta uma cubeta de célula de fluxo óptico com caminhos curtos, perpendiculares entre si, sem constrição nem qualquer obstrução ao fluxo de fluido no canal fluídico. Janelas óticas montadas rentes às paredes do retangulares do canal fluídico mantém o caminho da luz curto, mantendo passagem alta e mantendo uma seção transversal uniforme de área ao longo de todo o canal. As janelas óticas são independentes da estrutura do corpo permitindo flexibilidade na fabricação e aplicação.

[0010] Em todos os documentos mencionados acima, o sistema de mistura entre a amostra e os reagentes é diferente do pedido de patente de invenção aqui descrito, naqueles o processo de mistura ocorre durante o transporte da amostra, neste sentido depende da velocidade de escoamento, o que exige grandes volumes ou diâmetros de tubulações pequenos, limitando a aplicabilidade destes dispositivos.

Objetivos da invenção

[0011] Assim, é um dos objetivos da presente invenção prover um equipamento colorimétrico autônomo com controle volumétrico não-isobárico para qualidade de água. Este equipamento é dotado da faculdade para determinar as próprias condições de análises, controle e dosagem sem imposições externas sistemáticas, evitando e ou reduzindo a necessidade de visitas de operadores e ou técnicos no local de instalação do equipamento.

[0012] Outro objetivo da presente invenção é prover uma coleta de dados automática e em momentos determinados via sistemas de comunicações baseados em conceitos de Internet-das-Coisas (IoT), permitindo também o compartilhamento destas informações.

[0013] Ainda é um dos objetivos da presente invenção propor um equipamento que não dependa da velocidade de escoamento da agua.

Descrição dos desenhos

[0014] Para melhor compreender os componentes e as características técnicas da presente invenção, são apresentadas as figuras anexas, em que:

[0015] A Figura 1 apresenta um diagrama de funcionamento do equipamento (2) objeto da presente invenção;

[0016] A Figura 2 ilustra a vista externa do equipamento (2), onde podemos observar a antena de comunicação (8), o reservatório de reativos (9), a posição da porta do gabinete do equipamento (10) e a posição da bomba dosadora (11);

[0017] A Figura 3 ilustra uma vista explodida do equipamento (2), onde podemos visualizar seus componentes internos e sua divisão em camadas, onde podemos observar a posição do sistema de controle volumétrico não isobárico (12 e 12.1) e a placa do sistema de controle volumétrico não isobárico (13.1 e 13.2);

[0018] A Figura 4 apresenta o sistema de controle volumétrico não-isobárico, onde podemos visualizar o analisador colorímetro (15), a bomba peristáltica (14), a válvula seletora (16) e a câmara de análise eletroquímica (17);

[0019] A Figura 5 apresenta o fluxograma de operação do sistema de controle volumétrico não-isobárico durante a coleta de amostra e nivelamento;

[0020] A Figura 6 apresenta o fluxograma de operação do sistema de controle volumétrico não-isobárico durante mistura do volume reacional e dosagem dos reagentes; e

[0021] A Figura 7 apresenta o fluxograma de operação do sistema de controle volumétrico não-isobárico durante o descarte de amostra.

[0022] Podemos observar nas figuras 5, 6 e 7, a corrente de controle de nível (18), a corrente de ajuste de pressão (19), a corrente de expurgo (20), a corrente de amostragem (21), o embolo de controle da válvula seletora (22), a corrente de retorno da amostra (23), o micromotor de agitação (24), o vaso de reação pressurizado (25), o cabeçote não isobárico (26) e a corrente de reativos (27).

Descrição detalhada da invenção

[0023] O equipamento colorimétrico autônomo com controle volumétrico não-isobárico (2) para qualidade de água da presente invenção atinge os objetivos propostos através de técnicas analíticas aplicadas na coleta, análise e ajuste da dosagem dos produtos químicos necessários para atingir o padrão de potabilidade pré-estabelecido.

[0024] A Figura 1 descreve um exemplo de possibilidade de aplicação do equipamento colorimétrico autônomo com controle volumétrico não-isobárico (2) para qualidade de água. Nesta figura, os mananciais (1), dão origem a amostra de água a ser analisada podendo ser águas superficiais e ou subterrâneas e ou qualquer linha de processo industrial. O equipamento colorimétrico (2) pode coletar automaticamente a amostra procedendo a técnica analítica desejada. Via conexão de internet o dispositivo envia os resultados analíticos para nuvem (3) permitindo que aos usuários e ou empresas (5) possam armazenar, manter e acessar dados em servidores locais (4) ou não (6) via conexão internet por dispositivos móveis (7) e ou não.

[0025] A Figura 2 descreve uma possibilidade de volumetria do equipamento colorimétrico (2) para qualidade de água. Um exemplo de composição do dispositivo é representado por 4 elementos externos, antena de comunicação (8), o reservatório de reativos (9), a posição da porta do gabinete do equipamento (10) e a posição da bomba dosadora (11). Esta ilustração não exclui outras possibilidades de conexão com acessórios, bem como a união de mais de um gabinete, pelas faces laterais e ou superior e ou inferior. O acesso aos elementos funcionais do equipamento colorimétrico (2) para qualidade de água é realizado pela tampa frontal (10) que possui uma fechadura para vedação do ambiente interno do dispositivo.

[0026] Todos os itens que compõem o presente equipamento (2), objeto do presente pedido de patente, tornando este pedido de patente de invenção funcional estão descritos na Figura 3. Destaca-se sistema de controle volumétrico não isobárico (12) desta figura que representa os dispositivos que possibilitam o controle volumétrico nãoisobárico, a análise colorimétrica e demais técnicas eletroquímicas associadas. Na figura 3, se observa o interior do gabinete dividido em camadas com o objetivo de separar o fluxo de líquidos da eletricidade, evitando o contato entre estes agentes. A possibilidade apresentada de sistema de separação é um painel de vedação, que serve como suporte aos dispositivos sistema de controle volumétrico não isobárico e da placa do sistema de controle volumétrico não isobárico. Esta alternativa não exclui outras configurações que permitam o isolamento dos dispositivos elétricos e ou eletrônicos. Na camada inferior ao do sistema de controle volumétrico não isobárico (12.1) destaca-se a presença de uma fonte de tensão da placa (13.1) e um computador industrial (13.2), onde o algorítmico computacional é instalado, permitindo um controle analítico preciso das variáveis monitoradas, bem como a transmissão destas informações para dispositivos móveis, sistemas computacionais na nuvem, centrais de controle, bem como para qualquer outro dispositivo eletrônico.

[0027] O detalhamento da Figura 3, é ilustrado na Figura 4 onde destaca-se os seguintes objetos: analisador colorímetro (15), a bomba peristáltica (14), a válvula seletora (16) e a câmara de análise eletroquímica (17). Estes itens podem ser conectados por mangueiras de material compatível com as reações desejadas e ou amostras. Importante afirmar que tal escolha dos objetos apresentados na Figura 3 não excluem outros dispositivos, visto que o diferencial do equipamento colorimétrico autônomo com controle volumétrico não-isobárico para qualidade de água são o analisador colorímetro (15), a bomba peristáltica (14), a válvula seletora (16). A combinação destes permite os ganhos tecnológicos e de processo afirmados anteriormente.

[0028] As Figuras 5, 6 e 7 ilustram a sequenciamento funcionamento do conjunto de válvula seletora (16) e colorímetro (15), dispositivo construído com características herméticas para permitir o correto funcionamento. A Figura 5 apresenta uma proposta de funcionamento dos equipamentos durante o processo de coleta da amostra para análise. Nesta etapa, a válvula seletora interrompe a passagem do canal que conecta a corrente de amostragem (21) para corrente de retorno de amostra (23), simultaneamente abrindo o canal para entrada do vaso reação (25). Na configuração proposta considerase que a pressão da corrente da amostra é superior a corrente de retorno. Para outras opções, pode-se utilizar a bomba peristáltica (14) para coletar a amostra e conectar até a válvula seletora (16). Pela presença do Cabeçote Não-Isobárico (26) e construído com características herméticas, a pressão no vaso de reação (25) aumenta, permitindo que o fluido saia pela Corrente de Controle de nível (18). O computador industrial (13.2) regula todas estas opções da válvula seletora (16), bem como os tempos necessários para o processo descrito.

[0029] A seguir ao procedimento de enchimento e nivelamento, adiciona-se os reagentes indicados para análise colorimétrica desejada e inicia-se o processo de mistura. Na Figura 6 este procedimento é ilustrado, indicando que a válvula seletora (16) libera a passagem do canal que conecta a corrente de amostragem (21) para corrente de retorno (23), bem como a corrente de ajuste de pressão (19) e simultaneamente interrompendo o canal para entrada do vaso de reação (25). A seguir a estes procedimentos, o micromotor de agitação (24) é ligado e por indução magnética promovendo rotações no impelidor metálico, transformando energia elétrica em magnética e magnética em mecânica, permitindo a agitação controlada do volume reacional. Após, é dosado os reagentes colorimétricos por uma bomba dosadora (11), como ilustrado na Figura 6, através da corrente de reativos (27). A medida analítica é realizada pela determinação da quantidade de luz absorvida pela amostra no vaso de reação (25), oriundo da fonte luminosa, que pode ser de comprimento de onda específica ou não, como LED e ou Lâmpada e ou Laser e ou qualquer outra fonte luminosa. O computador industrial (13.2) regula todas estas opções da válvula seletora (16), bem como os tempos necessários para o processo descrito.

[0030] Após a realização de todas as medidas colorimétricas e ou outras propriedades físicas, o processo de descarte inicia-se conforme ilustrado na Figura 7. Nesta etapa, a válvula seletora (16) libera a passagem do canal que conecta: a corrente de amostragem (21) para corrente de retorno (23); a corrente de ajuste de pressão (19); e a corrente de expurgo (20), permitindo que o líquido presente no vaso de reação (25) seja encaminhado para um sistema de coleta de resíduos. Os procedimentos descritos na Figura 5 e 7 podem ser repetidos várias vezes para limpeza do sistema e ou renovação da amostra, antes de uma nova medida representado pela Figura 6.

[0031] Todas as informações coletadas pelos sensores são processadas pelo computador industrial e transferidas para nuvem, onde estes dados podem ser acessados pelos usuários, bem como transformados por tecnologias de informação.

Incorporação preferida da invenção

[0032] Em uma incorporação preferida da presente invenção, o equipamento colorimétrico autônomo com controle volumétrico não-isobárico (2) para qualidade de água tem seu máximo potencial de aplicação obtido em lugares remotos e com a coleta automática de amostras. Neste sentido, seu maior potencial seria aplicado no monitoramento de águas subterrâneas, onde se realiza a coleta automática da água oriunda do poço. O equipamento (2), coleta, analisa e ajusta a dosagem dos produtos químicos necessários para atingir o padrão de potabilidade estabelecido na legislação, ou em outro padrão desejado.

[0033] Outra aplicação refere-se ao seu uso em Estações de Tratamento de Águas (ETA) onde este pode ser instalado na planta para monitoramento das correntes de processo e dessa forma integrar o sistema de instrumentação da ETA. Realizando um prétratamento da amostra, este equipamento também pode ser aplicado no monitoramento de efluentes industriais e ou de Estações de Tratamento de Efluentes (ETE).

Claims (16)

1. “EQUIPAMENTO COLORIMÉTRICO AUTÔNOMO COM CONTROLE VOLUMÉTRICO NÃO-ISOBÁRICO PARA QUALIDADE DE ÁGUA”, CARACTERIZADO por ser composto de válvula seletora de fluxo (16); vaso de reação pressurizado (25); micromotor de agitação (24); suporte do vaso reacional com isolamento de luminosidade; sistema de fixação de circuito eletrônico emissor de luz e de circuito eletrônico receptor de luz; bomba dosadora (11) de precisão; computador industrial (13.2) para controle lógico dos dispositivos e sistema de comunicação de internet e sistema de comunicação de sem fio; fonte de alimentação estabilizadora de tensão; fonte de alimentação estabilizadora com sistema interrupto de fornecimento de energia; gabinete de um ou mais compartilhamentos para fixação dos dispositivos e fixação de acessórios externos e ainda fixação de antena de comunicação.
2. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela válvula seletora de fluxo (16) ser de 1 ou mais canais de controle.
3. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo vaso de reação (25) possuir tampa superior com 1 ou mais tubulações de entrada e ou saída e ainda possuir tampa inferior com tubulação central.
4. “EQUIPAMENTO”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, CARACTERIZADO pelo vaso reacional possuir tampa inferior com superfície interna concava para impelidor magnético.
5. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o analisador colorímetro (15), a bomba peristáltica (14), a válvula seletora (16) e a câmara de análise eletroquímica (17), poderem ser conectados por mangueiras de material compatível com as reações desejadas e ou amostras.
6. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula seletora (16) interrompe a passagem do canal que conecta a corrente de amostragem (21) para corrente de retorno de amostra (23), simultaneamente abrindo o canal para entrada do vaso reação (25).
7. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pode-se utilizar a bomba peristáltica (14) para coletar a amostra e conectar até a válvula seletora (16).
8. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pela presença do Cabeçote Não-Isobárico (26) ser construído com características herméticas, a pressão no vaso de reação (25) aumenta, permitindo que o fluido saia pela Corrente de Controle de nível (18).
9. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o computador industrial (13.2) regula todas estas opções da válvula seletora (16), bem como os tempos necessários para o processo descrito.
10. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que após o procedimento de enchimento e nivelamento, adiciona-se os reagentes indicados para análise colorimétrica desejada e inicia-se o processo de mistura.
11. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a válvula seletora (16) libera a passagem do canal que conecta a corrente de amostragem (21) para corrente de retorno (23), bem como a corrente de ajuste de pressão (19) e simultaneamente interrompendo o canal para entrada do vaso de reação (25).
12. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o micromotor de agitação (24) é ligado e por indução magnética promovendo rotações no impelidor metálico, transformando energia elétrica em magnética e magnética em mecânica, permitindo a agitação controlada do volume reacional.
13. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os reagentes colorimétricos são dosados pela bomba dosadora (11) através da corrente de reativos (27), a medida analítica é realizada pela determinação da quantidade de luz absorvida pela amostra no vaso de reação (25).
14. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte luminosa, que pode ser de comprimento de onda específica ou não, como LED e ou Lâmpada e ou Laser e ou qualquer outra fonte luminosa.
15. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o computador industrial (13.2) regula todas estas opções da válvula seletora (16), bem como os tempos necessários para o processo descrito.
16. “EQUIPAMENTO”, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que após a realização de todas as medidas colorimétricas e ou outras propriedades físicas, o processo de descarte se dá pela válvula seletora (16), que libera a passagem do canal que conecta a corrente de amostragem (21) para corrente de retorno (23); a corrente de ajuste de pressão (19); e a corrente de expurgo (20), permitindo que o líquido presente no vaso de reação (25) seja encaminhado para um sistema de coleta de resíduos.

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