BR112014032485B1 - sistema para processar um fluido - Google Patents

Abstract

SISTEMA PARA PROCESSAR UM FLUIDO, SISTEMA PARA PROCESSAR FLUIDOS, E MÉTODO PARA PROCESSAR FLUIDOS. Um sistema e método para processar um fluido, incluindo descontaminar água e gerar vapor de água, inclui introduzir o fluido em um vaso. O fluido é movido através de uma série de bandejas rotativas, alternadamente separadas por chicanas estacionárias, a fim de revolver e aquecer o fluido, para efetuar sua vaporização para produzir um vapor tendo pelo menos parte dos contaminantes dele separados. O vapor é removido do vaso para condensar fora dos contaminantes separados e da água restante. O vapor pode ser passado através de uma turbina conectada a um gerador elétrico. Sensores num controlador podem ser empregados para ajustar a velocidade de rotação das bandejas ou a entrada de fluido no vaso, em resposta às condições detectadas. O fluido tratado pode ser recirculado e reprocessado através do vaso, para aumentar sua purificação.

Description

DESCRIÇÃO FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere a um sistema para descontaminar água e gerar vapor de água. Mais particularmente, a presente invenção se refere a um método melhorado, que utiliza uma série de sensores e um sistema de controle para vaporizar água, remover sólidos dissolvidos e maximizar a recuperação de água potável, a partir de água contaminada, através de um vaso horizontal de processamento de água.

[0002] Dessalinização (ou dessalinação) se refere a um dentre muitos processos para remover o excesso de sal, minerais e outros contaminantes naturais, ou não naturais, da água. Historicamente, dessalinização converte água do mar em água potável a bordo de navios. Modernos processos de dessalinização ainda são usados em navios e submarinos para garantir um fornecimento constante de água potável para a tripulação. Mas, dessalinização está sendo cada vez mais utilizada em regiões áridas com escassos recursos de água doce. Nessas regiões, a água salgada do oceano é dessalinizada para obtenção de água doce adequada ao consumo (ou seja, potável) ou para irrigação. O produto servido altamente concentrado, a partir do processo de dessalinização, é comumente referido como salmoura, com sal (NaCl) sendo um importante subproduto típico. Interesses mais modernos em dessalinização se concentram no desenvolvimento de processos de baixo custo para fornecer água doce para uso em regiões áridas, onde a disponibilidade de água doce é limitada.

[0003] Dessalinização em larga escala é, normalmente, cara e geralmente requer grandes quantidades de energia e uma infraestrutura cara. Por exemplo, a maior usina de dessalinização do mundo usa, principalmente, destilação instantânea de vários estágios e pode produzir 300 milhões de metros cúbicos (m3) de água por ano. A maior usina de dessalinização nos Estados Unidos dessaliniza 25 milhões de galões (95.000 m3) de água por dia. No mundo todo, cerca de 13.000 usinas de dessalinização produzem mais de 12 bilhões de galões (45 milhões de m3) de água por dia. Assim, existe uma necessidade constante na técnica para melhorar métodos de dessalinização, a saber, reduzindo custos e melhorando a eficiência dos sistemas relacionados.

[0004] A dessalinização pode ser realizada por vários processos diferentes. Por exemplo, vários processos utilizam métodos de dessalinização à base de evaporação simples, tais como evaporação de múltiplo efeito (MED ou simplesmente ME), evaporação por compressão de vapor (VC) e evaporação - condensação. Em geral, evaporação - condensação é um processo de dessalinização natural realizado por natureza durante o ciclo hidrológico. No ciclo hidrológico, a água evapora para a atmosfera a partir de fontes, tais como lagos, oceanos e rios. A água evaporada, em seguida, entra em contato com ar mais frio e forma orvalho ou chuva. A água resultante é, geralmente, livre de impurezas. O processo hidrológico pode ser replicado, de maneira artificial, utilizando uma série de processos de evaporação - condensação. Na operação básica, a água salgada é aquecida até a evaporação. Sal e outras impurezas se dissolvem na água e são deixados para trás durante a fase de evaporação. A água evaporada é, mais tarde, condensada, coletada e armazenada como água doce. Ao longo dos anos, o sistema de evaporação - condensação foi muito melhorado, especialmente com o advento de tecnologias mais eficientes, facilitando o processo. Entretanto, esses sistemas ainda exigem uma entrada significante de energia para evaporar a água. Um método alternativo de dessalinização com base em evaporação inclui destilação instantânea em vários estágios, como brevemente acima descrito. Destilação instantânea em vários estágios usa destilação a vácuo. A destilação a vácuo é um processo para ferver a água a menos do que pressão atmosférica, criando um vácuo dentro da câmara de evaporação. Assim, a destilação a vácuo opera a uma temperatura muito mais baixa do que a MED ou VC e, por conseguinte, necessita de menos energia para evaporar a água, a fim de separar os contaminantes da mesma. Esse processo é particularmente desejável, tendo em conta o aumento dos custos de energia.

[0005] Métodos alternativos de dessalinização podem incluir processos baseados em membranas, tais como osmose reversa (RO), eletrodiálise reversa (EDR), nanofiltração (NF), osmose direta (FO) destilação por membrana (MD). Dentre esses processos de dessalinização, osmose reversa é a mais amplamente utilizada. Osmose reversa utiliza membranas semipermeáveis e pressão para separar sal e outras impurezas da água. Membranas de osmose reversa são consideradas seletivas. Isto é, a membrana é altamente permeável às moléculas de água, sendo altamente impermeável ao sal e outros contaminantes nela dissolvidos. As membranas, por si só, são armazenadas em containers altamente pressurizados e caros. Os containers organizam as membranas de modo a maximizar a área de superfície e a taxa de fluxo de água salgada através da mesma. Sistemas convencionais de dessalinização por osmose normalmente utilizam uma das duas técnicas para desenvolvimento de alta pressão no interior do sistema: (1) bombas de alta pressão; ou (2) centrífugas. Uma bomba de alta pressão ajuda a filtrar a água salgada através da membrana. A pressão no sistema varia de acordo com as configurações da bomba e pressão osmótica da água salgada. A pressão osmótica depende da temperatura da solução e da concentração de sal dissolvido no seu interior. De modo alternativo, centrífugas são normalmente mais eficazes, mas são de implementação mais difícil. A centrífuga gira a solução a taxas elevadas, para separar os materiais de diferentes densidades dentro da solução. Em combinação com uma membrana, sais e outros contaminantes em suspensão são sujeitos a uma aceleração radial constante ao longo do comprimento da membrana. Um problema comum com a osmose reversa é, em geral, a remoção de sal suspenso e entupimento da membrana ao longo do tempo.

[0006] As despesas operacionais de usinas de dessalinização de água por osmose reversa são principalmente determinadas pelos custos de energia necessários para acionar a centrífuga ou bomba de alta pressão. Um sistema de recuperação de energia hidráulica pode ser integrado ao sistema de osmose reversa para combater o aumento dos custos energéticos associados aos processos intensos de energia. Isso envolve a recuperação de parte da energia introduzida. Por exemplo, turbinas são particularmente capazes de recuperar a energia em sistemas que requerem altas pressões operacionais e grandes volumes de água salgada. A turbina recupera a energia durante uma queda de pressão hidráulica. Desse modo, a energia é recuperada em um sistema de osmose reversa, com base nas diferenças de pressão entre lados opostos da membrana. A pressão no lado da água salgada é muito mais elevada do que a pressão do lado da água dessalinizada. A queda de pressão produz considerável energia hidráulica, recuperável pela turbina. Desse modo, a energia produzida entre seções de alta pressão e baixa pressão da membrana de osmose reversa é aproveitada e não completamente perdida. Energia recuperada pode ser utilizada para acionar qualquer um dos componentes do sistema, incluindo a centrífuga ou bomba de alta pressão. Turbinas ajudam a reduzir as despesas totais de energia para realizar a dessalinização.

[0007] Em geral, sistemas de osmose reversa, normalmente, consomem menos energia do que a destilação térmica, sendo, portanto, mais rentáveis. Embora osmose reversa funcione bem com soluções de água em parte salobra, a osmose reversa pode se tornar sobrecarregada e ineficiente, quando utilizada com soluções fortemente salgadas, tal como água do mar. Outros métodos de dessalinização menos eficientes podem incluir troca iônica, congelamento, dessalinização geotérmica, umidificação solar (HDH ou MEH), cristalização de hidrato de metano, reciclagem de água de alta qualidade ou hipertermia induzida por RF. Qualquer que seja o processo, dessalinização consome muita energia. Custos futuros e viabilidade econômica continuam dependendo do preço da tecnologia de dessalinização e dos custos da energia necessária para operar o sistema.

[0008] Em outro método alternativo de dessalinização, a Patente dos E.U.A. N°. 4891.140 de Burke, Jr. divulga um método para separar e remover material orgânico e minerais dissolvidos da água, através de destilação destrutiva. Aqui, a água é aquecida até vaporizar, sob pressão controlada. Partículas de sais dissolvidos e outros contaminantes se separam da solução quando a água evapora. Uma centrífuga de hidrociclone integrada acelera o processo de separação. A água limpa, aquecida com alta pressão, transfere energia de volta para o sistema, através de troca de calor e de um motor hidráulico. O uso de energia líquida é, portanto, relativamente mais baixo do que os processos acima mencionados. Na verdade, o uso de energia líquida é essencialmente equivalente à perda da bomba e à perda de calor, através do funcionamento do equipamento. Uma vantagem particular desta concepção é que não há membranas a serem substituídas. Esse processo remove substâncias químicas e outros materiais que, de outra forma, danificam ou destroem dispositivos de dessalinização baseados em membrana.

[0009] Outra Patente, a Patente dos E.U.A. N°. 4.287.026 de Wallace, divulga um método e aparelho para remover sal e outros minerais sob a forma de sólidos dissolvidos da água salgada e de outras águas salobras, para produzir água potável. A água é forçada através de vários estágios de dessalinização a alta temperatura e a altas velocidades de centrifugação. De preferência, os componentes internos giram a água em velocidades de até Mach 2 para, de forma eficiente, separar e suspender sal dissolvido e outros sólidos dissolvidos, a partir da água vaporizada. O sal e outros minerais em suspensão são centrifugamente forçados para fora, para serem descarregados separadamente do vapor de água. O vapor ou gás de água separado e purificado é, então, condensado de volta à água potável. O sistema necessita, de forma significativa, de menos energia operacional do que os sistemas de filtração semelhantes e osmose reversa para purificar a água de maneira econômica e eficiente. Uma desvantagem dessa concepção é que o eixo de rotação é construído dentro de uma câmara vertical. Como resultado, as seções de eixo de rotação são apenas solidamente ancoradas à unidade base por um mancal e uma tampa de mancal. Em altas velocidades de rotação (por exemplo, acima de Mach 1), as vibrações causam excessivas falhas na vedação e eixo de mancal. Outra desvantagem é que uma série de câmaras é aparafusada em conjunto nas seções da carcaça. As placas perfuradas são acopladas a essas seções por uma vedação de O-ring. As vedações de O-ring e a carcaça tendem a se desgastar com o tempo, devido à penetração do sal, uma vez que múltiplas câmaras e seções de carcaça são ligadas através de uma pluralidade de porcas e parafusos. Em particular, a montagem do modelo de Wallace é, particularmente, trabalhosa. A manutenção é igualmente trabalhosa, pois leva um tempo significativo para desmontar cada uma das seções da carcaça, incluindo os 0-rings, porcas e parafusos. Naturalmente, o dispositivo deve ser remontado, após a manutenção necessária ser executada. Cada seção de carcaça deve ser cuidadosamente montada de volta, para garantir uma vedação adequada entre elas. O sistema também é propenso a uma variedade de problemas de manutenção e torque com o tempo de uso dos dispositivos, tal como vazamento pelo Oring. Além disso, o eixo de rotação é ligado à fonte de alimentação por um acionamento de engrenagem, o que contribui para os problemas de confiabilidade acima mencionados, associados aos mancais, eixos e vedações. O sistema também não revela meios para regular a velocidade das seções do eixo de rotação, de acordo com a pressão osmótica da água salgada sendo dessalinizada. A operação estática da máquina de dessalinização de Wallace, por conseguinte, não é tão eficiente como outros dispositivos de dessalinização modernos.

[00010] Desse modo, existe uma necessidade na técnica de um sistema aperfeiçoado, que inclua sensores para monitorar informações em tempo real do sistema e controles para ajustar o funcionamento mecânico do sistema, para maximizar a descontaminação da água, tal como a dessalinização da água, e minimizar o consumo de energia. Tal sistema deve ainda incorporar múltiplos ciclos de reciclagem, para aumentar a recuperação de água potável de aproximadamente oitenta por cento para entre cerca de noventa e seis por cento e noventa e nove por cento, deve incorporar um sistema de recuperação auxiliado por polímero para extrair vestígios de elementos de compostos residuais, e deve consumir menos energia do que outros sistemas de dessalinização conhecidos na técnica. A presente invenção preenche essas necessidades e fornece ainda outras vantagens relacionadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[00011] A presente invenção é dirigida a um sistema para processar fluidos, como descontaminar ou dessalinizar água, e gerar vapor de água, incluindo gás de água. O sistema inclui um vaso alongado definindo uma câmara interna. O vaso é geralmente orientado na horizontal. Uma entrada é formada no vaso para introduzir fluido no seu interior. Uma pluralidade de bandejas é disposta dentro da câmara interna em relação espaçada entre si. As bandejas incluem conchas, por onde passam os fluidos, líquido e vapor. As conchas, de preferência, incluem uma entrada de um primeiro diâmetro e uma saída de um segundo menor diâmetro. Uma pluralidade de chicanas, placas normalmente perfuradas, é disposta entre as bandejas. Cada chicana tem uma pluralidade de aberturas, por onde passam os fluidos, líquido e vapor. De preferência, as aberturas têm uma entrada de um primeiro diâmetro e uma saída de um segundo menor diâmetro. Numa forma de realização, pelo menos um das bandejas inclui um direcionador de fluxo, que se estende desde uma face frontal da mesma, e configurada para dirigir o escoamento do fluido para uma periferia da bandeja.

[00012] Um eixo rotativo passa através das chicanas, e é fixado à bandeja de modo a rodar as bandejas dentro da câmara interna, enquanto as chicanas permanecem estacionárias. Uma unidade roda o eixo. Normalmente, uma abertura ou uma camada ou luva de material de baixo atrito, ou mancais, são dispostos entre as chicanas e o eixo.

[00013] Uma saída de contaminante é formada no vaso e, normalmente, em comunicação fluida com um tanque de água contaminante. Uma luva interna é disposta na câmara interna a jusante das bandejas e chicanas. A luva interna está próxima à saída de contaminante e forma uma passagem anular, que conduz da câmara interna para a saída de contaminante. Uma saída de vapor de água também é formada no vaso e está em comunicação com um tanque de recuperação de vapor para condensar o vapor em água no estado líquido. Numa forma de realização, pelo menos um tanque de água contaminada e tratada é fluidamente ligado ao vaso para reprocessar a água contaminada, passando novamente a água contaminada e tratada pelo sistema.

[00014] Numa forma de realização, um controlador é utilizado para ajustar a velocidade de rotação do eixo ou a entrada de água no vaso. Pelo menos um sensor está em comunicação com o controlador. Pelo menos um sensor é configurado para determinar, pelo menos, um dos seguintes: 1) velocidade de rotação do eixo ou bandejas, 2) pressão da câmara interna, 3) temperatura do fluido, 4) taxa de entrada de fluido, ou 5) nível de contaminantes no fluido a ser processado.

[00015] Numa forma de realização, uma turbina é ligada à saída de vapor do vaso e ligada, operativamente, a um gerador elétrico. O fluido é aquecido a, pelo menos, uma temperatura de ebulição do mesmo, de modo a criar gás de água, e o vapor e/ou gás de água é passado através da turbina, operativamente ligada ao gerador elétrico. Um retorno de fluido tratado pode ser colocado entre a turbina e a entrada de fluido do vaso. De forma alternativa, o eixo pode se prolongar para fora do vaso e ser, direta ou indiretamente, acoplado a um gerador elétrico.

[00016] Numa forma de realização particularmente preferida, o sistema é fixado a uma estrutura portátil, que pode ser transportada através de caminhão semirreboque, container ISO, ou semelhantes.

[00017] Em utilização, o método para descontaminar fluido e gerar o vapor compreende as etapas de introduzir um fluido com contaminantes no vaso. O fluido é deslocado através da série de bandejas rotativas, alternadamente separadas pelas chicanas estacionárias, de modo a girar e aquecer o fluido para efetuar sua vaporização, para produzir um vapor tendo, pelo menos, parte dos contaminantes dele separada. Normalmente, o fluido é aquecido a, pelo menos, uma centena de graus Fahrenheit, porém a menos do que duzentos e doze graus Fahrenheit, se o sistema não incluir uma turbina e um gerador elétrico. De preferência, a temperatura do vapor é elevada a uma temperatura de pasteurização. Isso é feito ao rodar as bandejas até uma velocidade, em que a temperatura do vapor atinja a temperatura de pasteurização.

[00018] O vapor é removido do vaso para condensar longe dos contaminantes separados e do fluido remanescente. O vapor é passado através de um tanque de recuperação tendo membros espaçados num trajeto de fluxo do vapor para coalescência ou condensação em líquido.

[00019] Numa forma de realização, certas condições são detectadas, incluindo, pelo menos, um dos seguintes: 1) entrada de fluido no vaso, 2) a velocidade de rotação das bandejas, 3) pressão no interior do vaso, 4) temperatura do fluido, ou 5) nível de contaminantes separados. A velocidade de rotação das bandejas ou entrada de água no vaso pode ser ajustada em resposta às condições detectadas. O nível de contaminantes separados e fluido em um tanque de retenção ou concentração de contaminantes no fluido tratado também podem ser detectados, e os contaminantes e fluido separados serem reprocessados pela recirculação dos mesmos através do vaso.

[00020] Um sistema para processar fluidos compreende um vaso alongado tendo uma entrada de fluido e um eixo através do vaso. O sistema inclui meios para comprimir centrifuga e axialmente um fluido, líquido e vapor, mas principalmente vapor, através do vaso. O sistema também inclui meios para rodar o eixo para acionar os meios para comprimir centrifuga e axialmente. O vaso também inclui uma saída de fluido, que compreende, de preferência, saídas separadas de líquido e vapor.

[00021] Os meios para comprimir centrífuga e axialmente compreende um conjunto proximal de bandejas e chicanas espaçadas alternadamente. As bandejas são fixadas ao eixo e têm uma pluralidade de conchas, através das quais passa o fluido, liquido e vapor. As chicanas são fixadas ao vaso e têm uma pluralidade de aberturas, através das quais passa o fluido, líquido e vapor.

[00022] Os meios para rodar o eixo compreendem um conjunto distal de bandejas e chicanas espaçadas alternadamente, que funciona como uma turbina a gás não-inflamável ou uma turbina hidráulica/ de água. Tal como acontece com os meios para comprimir centrífuga e axialmente, as bandejas são fixadas ao eixo e têm uma pluralidade de conchas, através das quais passa o fluido. As chicanas são fixadas ao vaso e têm uma pluralidade de aberturas, por onde passa o fluido. Numa forma de realização particular, as conchas sobre as bandejas, nos meios para comprimir centrífuga e axialmente, são orientadas em um ângulo diferente das conchas sobre as bandejas e os meios para rodar o eixo.

[00023] O sistema também compreende meios para bombear axialmente o fluido através do vaso. Os meios para bombear axialmente compreendem uma câmara de admissão disposta entre a entrada de fluido e os meios para comprimir centrifuga e axialmente. A câmara de admissão opera como uma bomba axial, após o sistema ser operado a uma velocidade de rotação operacional.

[00024] Os meios para comprimir centrifuga e axialmente evaporam, pelo menos, parte do fluido através de cavitação, de modo que o fluido compreenda sólidos dissolvidos não- evaporados, um líquido e um vapor. Os meios para comprimir centrifuga e axialmente causam compressão centrífuga do fluido, fazendo com que sólidos dissolvidos não-evaporados e, pelo menos, parte do líquido se movam para uma parede externa do vaso. Os meios para comprimir centrifuga e axialmente causam compressão de fluxo axial do líquido e vapor, aumentando a pressão do fluido.

[00025] O sistema ainda compreende meios para descarregar o fluido em saídas separadas de líquido e vapor. Esses meios para descarregar compreendem uma câmara de descarga tendo uma luva interna, que define uma passagem anular em comunicação com a saída de líquido. A separação do fluido até as saídas separadas de líquido e vapor resulta numa redução da pressão e numa separação física de sólidos dissolvidos não-evaporados e de líquido do vapor.

[00026] Um método para processar fluidos compreende as etapas de bombear um fluido através de uma entrada de fluido sobre um vaso alongado tendo um eixo através do mesmo. O método também compreende a etapa de comprimir centrífuga e axialmente um fluido através do vaso e girar o eixo para acionar a compressão centrífuga e axial. O método também inclui a etapa de descarregar o fluido através de uma saída de fluido no vaso.

[00027] A etapa de comprimir centrífuga e axialmente compreende a etapa de passar o fluido através de um conjunto proximal de bandejas espaçadas alternadamente fixadas ao eixo e chicanas fixadas aos vasos.

[00028] A etapa de rotação do eixo compreende a etapa de passar o fluido através de um conjunto distal de bandejas espaçadas alternadamente fixadas ao eixo e chicanas fixadas ao vaso. O conjunto distal de bandejas e chicanas funciona como uma turbina a gás não-inflamável ou uma turbina hidráulica/ de água. As etapas de passagem compreendem passar o fluido através de uma pluralidade de conchas sobre as bandejas e uma pluralidade de aberturas sobre as chicanas.

[00029] A etapa de bombear compreende a etapa de bombear axialmente o fluido através do vaso. A etapa de bombear axialmente compreende a etapa de passar o fluido através de uma câmara de admissão, antes de realizar a etapa de comprimir centrifuga e axialmente. A câmara de admissão opera como uma bomba axial para realizar a etapa de bombear axialmente, após o sistema ser operado a uma velocidade de rotação operacional.

[00030] A etapa de comprimir centrífuga e axialmente compreende a etapa de evaporar pelo menos parte do fluido através de cavitação, de modo que o fluido compreenda sólidos dissolvidos não-evaporados, um líquido e um vapor. A etapa de comprimir centrífuga e axialmente também compreende a etapa de mover os sólidos dissolvidos não-evaporados e pelo menos parte do líquido para uma parede externa do vaso. A etapa de comprimir centrífuga e axialmente também compreende a etapa de aumentar a pressão do fluido através da compressão axial do líquido e do vapor. A etapa de descarregar compreende as etapas de separar fisicamente os sólidos dissolvidos não-evaporados e o líquido do vapor, descarregar os sólidos dissolvidos não- evaporados e os líquidos através de uma saída de líquido, e descarregar o vapor através de uma saída de vapor. O método compreende ainda a etapa de reduzir a pressão do fluido numa câmara de descarga.

[00031] Outras características e vantagens da presente invenção ficarão evidentes a partir da descrição mais detalhada a seguir, em conjunto com os desenhos anexos, que ilustram, a título de exemplo, os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00032] Os desenhos anexos ilustram a invenção, onde: a Figura 1 é uma vista esquemática de topo e, em corte parcial, de um sistema para descontaminar água e gerar vapor de água, de acordo com a presente invenção; a Figura 2 é uma vista lateral esquemática e, em corte parcial, do sistema da FIG. 1; a Figura 3 é uma vista de topo que ilustra o vaso de processamento de água tendo uma parte superior do mesmo aberta; a Figura 4 é uma vista da extremidade do vaso horizontal de processamento de água fixado a uma estrutura portátil, de acordo com a presente invenção; a Figura 5 é uma vista de topo de uma bandeja rotativa tendo uma pluralidade de conchas em seu interior; a Figura 6 é uma vista em corte transversal de uma parte da bandeja e uma concha associada; a Figura 7 é uma vista de topo de uma chicana, utilizada de acordo com a presente invenção; a Figura 8 é uma vista lateral de uma bandeja com um direcionador de água colocado na frente da mesma; a Figura 9 é uma vista em corte transversal de uma parte da chicana, ilustrando uma abertura afunilada da mesma; a Figura 10 é um esquema que ilustra o motor elétrico acoplado à transmissão e, em seguida, acoplado ao eixo do vaso de processamento de água, de acordo com a presente invenção; a Figura 11 é uma ilustração esquemática do sistema da presente invenção, semelhante à FIG. 1, mas ilustrando a incorporação de uma caixa de controle e vários sensores, de acordo com a presente invenção; a Figura 12 é uma vista esquemática de topo do sistema da presente invenção, incorporando uma turbina e um gerador elétrico; a Figura 13 é uma vista da extremidade do vaso de processamento de água, que ilustra uma saída de vapor de água do mesmo; a Figura 14 é uma vista esquemática lateral do sistema da FIG. 12; a Figura 15 é uma vista esquemática frontal e em corte parcial de uma forma de realização alternativa de um sistema para descontaminar água e gerar vapor de água, de acordo com a presente invenção; a Figura 16 é uma vista aproximada das bandejas e chicanas do sistema da FIG. 15, indicado pelo círculo 16; a FIGURA 17 é uma vista em perspectiva inferior do vaso, com entrada e saída ilustradas no sistema da FIG. 15; a Figura 18 é uma secção transversal do vaso da FIG. 17 feita ao longo de sua linha 18-18; a Figura 19 é uma ilustração do eixo com bandejas e chicanas do sistema da FIG. 15; a Figura 20 é uma ilustração de uma bandeja do sistema da FIG. 15; a Figura 21 é uma ilustração de uma chicana do sistema da FIG. 15; a Figura 22 é uma vista lateral de uma bandeja indicada pela linha 22-22 na FIG. 20; a Figura 23 é uma vista lateral oposta da bandeja indicada pela linha 23-23 da FIG. 20; a Figura 24 é uma vista lateral de uma chicana indicada pela linha 24-24 na FIG. 21; a Figura 25 é uma vista parcial em corte transversal do eixo, bandeja e chicana, conforme dispostos no vaso; a Figura 26 é uma vista em corte transversal de uma bandeja, feita ao longo da linha 26-26 da FIG. 20; a Figura 27 é uma vista em corte transversal de uma chicana, feita ao longo da linha 27-27 da FIG. 21; a Figura 28 é um diagrama esquemático de uma tela de controle para um sistema da presente invenção; e a Figura 29 é uma ilustração esquemática dos processos que ocorrem em vários pontos ao longo do vaso de processamento de água da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS

[00033] Conforme mostrado nos desenhos para fins de ilustração, a presente invenção consiste num sistema e método para descontaminar água e gerar vapor de água. O método e sistema da presente invenção são particularmente apropriados para dessalinizar água salgada, tais como do oceano ou de outras águas salobras, bem como, água de rio ou outros líquidos/ lodos. Esse tratamento preferido será aqui utilizado a título de exemplo, embora deva ser entendido pelas pessoas versadas na técnica que o sistema e método da presente invenção podem ser utilizados para descontaminar outras fontes de água. A presente invenção pode ser utilizada para remover sólidos dissolvidos ou suspensos (descontaminação), bem como metais pesados e outros poluentes. Além disso, tal como será aqui descrito de maneira mais completa, o sistema e método da presente invenção podem ser utilizados em associação à água relativamente limpa, para criar vapor de água sob a forma de gás de água, que tem uma pressão e temperatura suficientes, de modo a serem passados através de uma turbina, que é operativamente ligada a um gerador elétrico para gerar eletricidade, ou outras aplicações de aquecimento de gás de água.

[00034] Na descrição a seguir, são descritas várias formas realização do método e sistema da invenção para descontaminar água e gerar vapor de água. Ao longo dessas formas de realização e com referência às Figuras dos desenhos, os componentes funcionalmente equivalentes serão referidos, utilizando números de referência idênticos.

[00035] Com referência agora às FIGS. 1 e 2, o sistema, geralmente referido pelo número de referência 10, inclui um vaso ou câmara de processamento de água 12, que define uma câmara interna 14, onde sal e outros sólidos e contaminantes dissolvidos são removidos da água para produzir água potável essencialmente livre de minerais. Numa forma de realização, o vaso de processamento 12 recebe água contaminada, a partir de um tanque de alimentação 16, através de uma válvula de entrada 18 através de um tubo do tanque de alimentação 20. Nessa ilustração, a válvula de entrada 18 entra, lateralmente, no vaso 12, através de uma parede lateral. Essa válvula de entrada 18 pode ser alternadamente posicionada, como descrito abaixo. A fonte de água pode ser água do mar ou oceano, outras águas salobras, ou mesmo a água que está contaminada com outros contaminantes. Além disso, a presente invenção visiona o fornecimento de água contaminada diretamente da fonte, em que o tanque de alimentação 16 possa não ser necessariamente utilizado.

[00036] Com referência agora à FIG. 3, numa forma de realização, o vaso 2 é composto de uma parte de casco inferior e superior 12b, de modo que as partes de casco inferior e superior 12a e 12b possam ser abertas ou removidas, uma em relação à outra, assim como acessar o conteúdo no interior da câmara interna 14 do vaso 2. O vaso 12 também pode ser construído como uma unidade única, em oposição às partes de casco inferior e superior. O vaso de processamento de água 12 inclui, dentro da câmara interna 14, uma pluralidade de bandejas rotativas 22 espaçadas entre si e tendo uma chicana 24 disposta entre cada par de bandejas 22. Conforme será aqui explicado de maneira mais completa, as bandejas rotativas 22 incluem uma pluralidade de conchas 26, formadas em seu interior, e as chicanas 24 compreendem, normalmente, placas tendo uma pluralidade de aberturas 28 formadas em seu interior. As chicanas 24 são fixadas ao vaso 12, de modo a ficarem estacionárias. As chicanas 24 podem compreender uma parte inferior disposta no casco inferior 12a do vaso e uma parte superior fixada ao, e disposta no, casco superior 12b do vaso 12 e projetada para formar uma chicana única, quando os cascos inferior e superior 12a e 12b do vaso 12 forem unidos entre si e fechados. De forma alternativa, cada chicana 24 pode compreender uma única peça, que é fixada a um casco inferior 12a ou a um casco superior 12b na recente forma de realização ou em múltiplos pontos na forma de realização da unidade exclusiva. Em ambas as formas de realização, a chicana 24 permanece, geralmente, estacionária, quando a água e o vapor de água passam através do mesma.

[00037] Uma unidade de frequência variável 30 regula a velocidade, na qual o motor elétrico 32 aciona uma transmissão 34 e um eixo correspondente 36. O eixo 36 é acoplado, de maneira rotativa, aos mancais ou semelhantes, normalmente mancais sem atrito, lubrificados com óleo sintético, acopladores Schmitt, ou mancais de cerâmica 38 e 40 geralmente em extremidades opostas do vaso 12. O eixo 36 se prolonga através das bandejas 22 e das chicanas 24, de modo que apenas as bandejas 22 sejam rodadas pelo eixo. Isto é, as bandejas 22 são acopladas ao eixo 36. Mancais, ou um material de baixo atrito, tal como uma camada ou luva de Teflon, são dispostos entre o eixo de rotação 36 e a chicana da placa de abertura 24, para reduzir o atrito entre os mesmos, ainda que estabilizando e sustentando o eixo rotativo 36. Teflon não é o preferido, visto que ele poderia desgastar e contaminar o fluido.

[00038] Como pode ser visto a partir dois desenhos, o vaso de processamento de água 12 é geralmente orientado na horizontal. Isso contrasta com o dispositivo de Wallace 026, em que a câmara de processamento de água era geralmente orientada na vertical, e a parte superior do eixo de rotação era fixada por um mancal e uma tampa de mancal, que sustenta a própria câmara. Como resultado, as seções de eixo de rotação eram solidamente ancoradas apenas à base da unidade. Em altas velocidades de operação de rotação, vibrações dentro do sistema causam excessivas falhas no mancal, eixo e vedação. Por outro lado, a montagem horizontal do vaso de processamento de água 12 a uma estrutura de armação 42 distribui a carga de rotação ao longo do comprimento do vaso 12 e reduz vibrações, tais como vibrações harmônicas, que poderiam, de outro modo, causar falhas excessivas de mancal, eixo e vedação. Além disso, a montagem do vaso 12 na estrutura de armação 42 melhora a portabilidade do sistema 10, tal como será aqui descrito de forma completa. Sustentar muito rapidamente o eixo de rotação 36, através de cada chicana 24, também estabiliza o eixo e sistema e reduz vibrações e danos por ele causados.

[00039] Conforme acima mencionado, o eixo 36 e as bandejas 22 são rodados a uma velocidade muito alta, tal como Mach 2, embora velocidades mais lentas, como Mach 1,7 tenham provado ser eficazes. Isso move a água através das conchas 26 das bandejas 22, o que turbilhona e aquece a água, de modo que um vapor de água seja formado, e os contaminantes, sais e outros sólidos dissolvidos sejam deixados para trás e separem do vapor de água. A maior parte da admissão de água é vaporizada por 1) destilação a vácuo e 2) cavitação, criada após impacto com a primeira bandeja rotativa 22, a compressão centrífuga e axial de fluxo faz com que as temperaturas e pressões aumentem, à medida que existe uma correlação direta entre aumento ou diminuição de RPM do eixo e temperatura/ pressão. A água e o vapor de água são, então, passados através das aberturas 28 das chicanas 24, antes de serem processados novamente através da próxima bandeja rotativa 22 com conchas 26. As configurações das bandejas 22 e chicanas 24 são concebidas para minimizar ou eliminar a resistência e atrito na rotação do eixo 36, proporcionando espaço suficiente no perímetro das bandejas 22 e através da abertura central 59 das chicanas 24. Ao mesmo tempo, vazamento ao redor do perímetro das bandejas 22 e através da abertura central 59 das chicanas 24 deve ser minimizado, de modo a aumentar a eficiência.

[00040] Quando a água e vapor de água passam por cada subcâmara do vaso 12, a temperatura do vapor de água é aumentada, de modo que vapor de água adicional seja criado, e deixe para trás os sais, sólidos dissolvidos e outros contaminantes na água restante. As forças centrífugas sobre a água e contaminantes força-os contra a parede da câmara interna 14 e para dentro de um conjunto de canais 44, que direcionam os contaminantes e água não vaporizada para uma saída 46. O vapor de água, que é gerado, passa através de uma saída de vapor de água 48 formada no vaso 12. Desse modo, o vapor de água e os contaminantes e a água restante são separados entre si.

[00041] Conforme acima mencionado, as bandejas 22 são rodadas pelo eixo 36. O eixo 36 é sustentado dentro da parte interna do vaso de processamento de água 12 por uma pluralidade de mancais, como acima mencionado. Os mancais são, normalmente, mancais sem atrito, lubrificados com óleo sintético, aço, ou cerâmica. Sistemas de dessalinização da técnica anterior incorporam mancais de rolos convencionais, que apresentariam defeitos em altas velocidades de rotação e altas temperaturas. Desse modo, sistemas de dessalinização conhecidos na técnica anterior tinham elevadas taxas de falhas associadas aos mancais de rolos convencionais. Na presente invenção, os mancais sem atrito lubrificados, mancais de esferas de aço vedados, ou mancais de cerâmica 38 e 40 são mais duráveis do que os mancais de rolos convencionais e falham com menos frequência sob altas velocidades de rotação e temperaturas. Além disso, o eixo 36 pode ser sustentado, de maneira intermitente, pelos materiais de baixo atrito, como mancais ou luvas de Teflon 50, dispostos entre a placa de chicana 24 e o eixo 36. Isso também assegura distribuição uniforme de peso e forças sobre o eixo 36 e melhora a operação e longevidade do sistema.

[00042] Com referência, em particular, agora às FIGS. 5 e 6, um exemplo de bandeja 22 é mostrado, tendo uma pluralidade de conchas 26 formada ao longo da mesma. Embora catorze conchas 26 sejam ilustradas na FIG. 5, será percebido que o número pode variar e pode ser de várias dezenas em uma única bandeja 22, desse modo, a linha pontilhada representa várias conchas de uma variedade de números.

[00043] A FIG. 6 é uma vista em corte transversal da bandeja 22 e da concha 26 nela formada. Numa forma de realização particularmente preferida, as conchas 26 são afuniladas, de modo que um diâmetro de uma entrada 52 da mesma seja maior do que o diâmetro de uma saída 54 da mesma. A concha afunilada 26 é essencialmente um tubo de Venturi, que tem a entrada ou abertura vertical 52 substancialmente perpendicular à superfície horizontal da base da bandeja rotativa 22. Líquido e vapor aceleram, através da concha afunilada 26, uma vez que a concha afunilada tem um volume maior na sua entrada 52 e um volume menor na sua saída 54. A alteração em volume, da entrada até a saída da concha afunilada 26, provoca um aumento em velocidade, devido ao efeito de Venturi. Como resultado, a água na forma líquida e o vapor de água também são acelerados e agitados, resultando em aumentos de temperatura e pressão. Isso também permite a separação dos contaminantes, do vapor de água. A concha afunilada 26 pode ser fixada à bandeja rotativa 22 por quaisquer meios conhecidos na técnica.

[00044] Mais uma vez, será percebido que haverá mais ou menos conchas afuniladas 26, distribuídas em toda a área da bandeja rotativa 22, e que o número e o tamanho específico das conchas 26 vai variar, dependendo das condições de funcionamento do sistema 10 da presente invenção. Além disso, o ângulo da concha 26, ilustrado como cerca de quarenta e cinco graus na FIG. 6, pode ser variado de bandeja para bandeja 22. Isso é, aumentando o ângulo da concha giratória, tal como de vinte e cinco graus a trinta e um graus para trinta e seis graus sobre a bandeja subsequente, para quarenta graus, quarenta e cinco graus sobre uma próxima bandeja etc., o aumento do ângulo da concha 26 da bandeja giratória 22 acomoda aumentos na pressão do vapor de água, que se desenvolve, quando o vapor de água passa através do vaso 12. O aumento do ângulo também pode ser usado para ainda agitar e criar vapor de água, e aumentar a pressão do vapor de água, que pode ser utilizado numa turbina a gás de água, tal como será aqui, de forma completa, descrita.

[00045] Com referência agora às FIGS. 7 e 9, uma chicana 24, sob a forma de uma placa perfurada, é mostrada na FIG. 7. Neste caso, a chicana 24 é formada como um primeiro membro de placa 56 e um segundo membro de placa 58, que são ligados por meio de conectores 60 à parede interna do vaso 12. Os conectores 60 podem compreender parafusos, cavilhas, hastes ou quaisquer outros meios de ligação, que sejam adequados. De forma alternativa, como acima descrita, a chicana 24 pode ser formada como uma única unidade ligada à parte superior ou inferior de casco do vaso 12a e 12b. Quando formados como membros da placa dupla 56 e 58, de preferência, os membros de placa 56 e 58 se engatam, quando o vaso 12 é fechado, de modo a formar, de maneira efetiva, uma única chicana 24.

[00046] Conforme acima descrita, uma pluralidade de aberturas 28 é formada através da placa de chicana 24. A FIG. 9 é uma vista em corte transversal dessa tal abertura 28. Semelhante à bandeja acima descrita, a abertura inclui, de preferência, uma entrada 62 tendo um diâmetro, que é maior do que sua saída 64, de modo que a abertura 28 seja afunilada, o que irá aumentar a pressão e velocidade da água e do vapor de água, que passa através da mesma, aumentando, também, a temperatura e criando vapor adicional a partir da água. Semelhante à bandeja 22 acima descrita, as aberturas 28 podem ser formadas em toda a placa de chicana, como representado pela série de linhas tracejadas. O número e tamanho específicos das aperturas 28 podem variar, dependendo das condições de operação do sistema 10.

[00047] Com referência agora à FIG. 8, o eixo 36 é ilustrado se estendendo através da bandeja rotativa 22. Numa forma de realização, um direcionador de água em forma de cone 66 é posicionado na frente da bandeja 22. Por exemplo, o direcionador 66 pode ter um ângulo de quarenta e cinco graus para defletir o restante da água e o vapor que passa através da abertura central 59 da chicana 24, a partir do eixo 36, e para a periferia ou borda externa da bandeja 22, para uma melhor vaporização e maior recuperação percentual de água potável.

[00048] Referindo-se novamente às FIGS. 3 e 4, como acima mencionado, em uma forma de realização particularmente preferida, o vaso 12 pode ser formado por meio de dois cascos ou seções 12a e 12b. Isso permite rápida inspeção e substituição de componentes do vaso, quando necessário. De preferência, a parede da câmara interna 14 e quaisquer outros componentes, tais como as bandejas 22, placas de chicanas 24, eixo 36 etc., são tratados com Melonite, ou outra substância resistente à corrosão e redutora de atrito. De maneira óbvia, esses componentes podem ser compostos por materiais que são resistentes à corrosão e têm um baixo coeficiente de atrito, tais como aço inoxidável polido ou semelhantes. As seções superior e inferior 12a e 12b do vaso 12 são, de preferência, interligadas, de tal modo que quando elas forem fechadas, elas sejam substancialmente estanques a ar e água. Além disso, o vaso fechado 12 precisa ser capaz de resistir a temperaturas e pressões elevadas, devido à vaporização da água em seu interior durante a operação do sistema 10.

[00049] Com referência agora às FIGS. 1, 2 e 10, normalmente, uma transmissão 34 interliga o motor elétrico 32 e o eixo de acionamento 36. O motor 32 pode ser um motor a combustão (gasolina, diesel, gás natural etc.), motor elétrico, turbina a gás, ou outros meios conhecidos para fornecer acionamento. A velocidade da transmissão 34 é definida pela unidade de frequência variável 30. A unidade de frequência variável 30 é regulada, principalmente, por um controlador computadorizado 68, como será descrito, de forma completa, neste documento. O eixo 36 pode ser acionado por correia ou engrenagem. Conforme descrito abaixo, o motor 32 pode também ser ligado diretamente ao eixo 36. Com referência específica à FIG. 10, o eixo 70 do motor é ligado a um eixo intermediário 72 por uma correia 74. O eixo intermediário 72 é ligado ao eixo por outra correia 76. O sistema de correia e polia industrial de alta velocidade, mostrado na FIG. 10, aciona o eixo 36 no interior do vaso de processamento de água 12. Como mostrado, uma pluralidade de correias 74 e 76 e um conjunto de eixos intermediários 72 aumentam a velocidade de saída de rotação no eixo 36 por um múltiplo da velocidade de entrada de rotação aplicada pelo motor elétrico 32 no eixo de acionamento do motor elétrico 70. É claro que a relação entre a velocidade de entrada de rotação e a velocidade de saída de rotação pode ser alterada, através da troca das velocidades de rotação relativas das correias 74 e 76 e dos eixos intermediários correspondentes 72. Acoplando-se o eixo de acionamento do motor elétrico 70 ao eixo 36 através das correias 74 e 76 e do eixo intermediário 72, e a adicionando-se um acoplador de Schmitt sobre o eixo 36 entre a transmissão 34 e a câmara 12, a presente invenção é capaz de evitar os problemas de vibração e de confiabilidade que afligem outros sistemas de dessalinização da técnica anterior.

[00050] Com referência novamente à FIG. 1, como acima mencionado, o vapor de água é direcionado através de uma saída de vapor de água 48 do vaso 12. O vapor de água passa por um tubo de recuperação 78 até um tanque ou container de recuperação de vapor 80. O vapor de água, então, se condensa e se coalesce em água líquida dentro do tanque de recuperação de vapor 80. Para facilitar esse processo, numa forma de realização, uma pluralidade de membros espaçados 82, tal como sob a forma de persianas, é posicionada no trajeto de fluxo do vapor de água, de tal modo que o vapor de água possa coalescer e se condensar sobre as persianas e se tornar água líquida. A água líquida é, então, transferida para um tanque de armazenamento de água potável 84 ou um tanque de retenção e pasteurização 86. Se o vapor de água e a água no vaso 12 forem aquecidos até à temperatura necessária para a pasteurização, de modo a matar microrganismos prejudiciais, larvas de mexilhão zebra, e outros organismos prejudiciais, a água líquida pode ser mantida no tanque de retenção 86.

[00051] Com referência agora às FIGS. 15 a 27, é mostrada outra forma de realização preferida do sistema 10 e do vaso de processamento de água 12. A FIG. 15 ilustra o sistema completo 10, incluindo a construção alternativa em peça única do vaso 12. Nessa forma de realização, o vaso 12 tem uma construção semelhante àquela da forma de realização anteriormente descrita, incluindo elementos, tais como a câmara interna 14, a válvula de entrada 18, as bandejas 22 com conchas 26, as chicanas 24 com aberturas 28, a saída de salmoura 46, e a saída de vapor 48. A válvula de entrada 18 compreende entradas múltiplas, de preferência pelo menos duas, para o vaso 12. Essas entradas 18 são dispostas na extremidade do vaso em torno do eixo 36, de modo a distribuir, de maneira mais uniforme, o fluido ao longo da câmara interna 14. Um eixo 36, sustentado por mancais de cerâmica 38, 40, passa através do centro das bandejas 22 e chicanas 24.

[00052] As bandejas 22 são fixadas ao eixo 36 e se estendem para fora, em direção à parede da câmara interna 14, tal como descrito acima. As chicanas 24 compreendem, de preferência, uma peça única que se estende das paredes da câmara interna 14 em direção ao eixo 36, com uma abertura central 59 formando uma brecha entre as chicanas 24 e o eixo 36, como descrito acima. As chicanas 24 são, de preferência, fixadas às paredes da câmara interna por meio de parafusos ou cavilhas 60, também conforme descrito acima. Em uma forma de realização particularmente preferida, o vaso 12 inclui seis bandejas 22 e cinco chicanas 24 dispersas alternadamente através da câmara interna 14.

[00053] Nessa forma de realização alternativa, a câmara interna 14 inclui uma luva interna 45 disposta nas proximidades da saída da salmoura 46. A luva interna 45 tem um formato anelar com um diâmetro ligeiramente menor que o diâmetro da câmara interna 14. A luva interna 45 se estende desde um ponto a jusante da última bandeja 22 até outro ponto imediatamente a jusante da saída de salmoura 46. Uma passagem anelar 47 é criada entre a luva interna 45 e a parede externa da câmara interna 14. Numa construção típica, a luva interna 45 é de cerca de seis polegadas de comprimento e a passagem anelar 47 é de cerca de 1 a 1^ polegadas de largura. Esse canal ou passagem anelar 47 captura a salmoura ou material contaminante, que é girado para fora das bandejas rotativas 22 até a parede externa da câmara 14, como acima descrito. Essa passagem anelar 47 facilita o movimento da salmoura ou material contaminante até a saída 46 e minimiza as chances de contaminação da descarga de vapor ou acúmulo de material dentro da câmara 14.

[00054] A Figura 16 ilustra uma vista aproximada das bandejas 22 e chicanas 24. Pode-se ver claramente como as chicanas 24 se estendem desde a parede do vaso 12, através da câmara 14, e terminam próximas ao eixo 36. Pode-se também ver como as bandejas 22 são afixadas ao eixo 36 e têm conchas 26 dispostas através das mesmas, como descrito. Um cone 66 é, de preferência, disposto em cada bandeja 22, de modo a defletir qualquer fluido, que flua ao longo do eixo, tal como acima descrito (FIG. 8). A FIG. 17 ilustra uma vista externa do vaso 12, indicando as entradas 18, as saídas 46, 48 e o eixo 36. Normalmente, as extremidades do vaso 12 seriam fechadas e vedadas contra vazamentos. Aqui, elas são retratadas de maneira aberta, para esclarecer e facilitar a ilustração. A FIG. 18 ilustra uma seção transversal do vaso 12, mostrada na FIG. 17, que também ilustra os componentes internos, incluindo as bandejas 22, chicanas 24, luva interna 45 e passagem anelar 47. A FIG. 19 ilustra o eixo 36 com bandejas 22 e chicanas 24, separadas do vaso 12.

[00055] As Figuras 20 e 21 ilustram, respectivamente, a bandeja 22 e a chicana 24. As FIGS. 22, 23 e 26 ilustram diversas vistas e seções transversais da bandeja 22 na FIG. 20. As FIGS. 24 e 27 ilustram, de forma semelhante, várias vista e seções transversais da chicana 24 na FIG. 21. Como descrito, a bandeja 22 inclui conchas 26, que passam através do corpo da bandeja 22. As conchas 26 incluem uma entrada de concha 52 e uma saída de concha 54, configuradas como acima descrito. A entrada de concha 52 é de preferência orientada, de tal modo que a abertura seja voltada para o sentido de rotação em torno do eixo. Isso maximiza a quantidade de fluido que entra na entrada de concha 52 e passa através da pluralidade de conchas. O ângulo das conchas 26 sobre bandejas sucessivas 22 pode ser ajustado, como acima descrito. A chicana 24 também inclui uma pluralidade de aberturas 28, configurada e perfilada (FIG. 9), tal como acima descrito. A FIG. 25 ilustra o eixo 36 e um emparelhamento de uma bandeja 22 com uma chicana 24. As setas indicam o sentido de rotação do eixo e, consequentemente, da bandeja 22, nessa Figura em particular. As conchas 26 com a entrada de concha 52 são ilustradas, conforme faceando no sentido da rotação, isto é, para fora da página, na metade superior da Figura. Na metade inferior da figura, a concha 26 com a entrada de concha 52 também é ilustrada como sendo orientada na direção de rotação, isto é, para dentro da página, conforme a bandeja 22 roda com o eixo 36. O sentido de rotação pode ser no sentido horário ou anti-horário. O sentido de rotação pode ser alterado, sem se afastar do espírito e âmbito da invenção. Tal como descrito na forma de realização anterior, a entrada de concha 52 tem um diâmetro maior do que a saída de concha 54, de modo a aumentar a taxa de fluxo e diminuir a pressão do fluido.

[00056] Numa forma de realização particularmente preferida, quando o objetivo principal do sistema 10 for remover os contaminantes da água contaminada, tal como água salgada, a fim de se obter água potável, a temperatura do vapor de água é aquecida entre cem graus Fahrenheit e menos de duzentos e doze graus Fahrenheit. Ainda mais preferivelmente, o vapor de água é aquecido entre cento e quarenta graus Fahrenheit e cento e setenta graus Fahrenheit, para fins de pasteurização. No entanto, a temperatura do vapor de água é mantida a um mínimo e quase sempre inferior a duzentos e doze graus Fahrenheit, de tal modo que a água não ferva e se torne gás de água, que é mais difícil para condensar e coalescer, do vapor de água para água líquida. As RPMs aumentadas resultam no aumento de temperaturas e pressões. As RPMs podem ser ajustada para se obter as temperaturas desejadas.

[00057] A água é fervida e a temperatura do vapor de água é elevada a mais de duzentos e doze graus Fahrenheit, de preferência apenas em casos em que é desejável a formação de gás de água para aquecer, gerar eletricidade, e outros propósitos, como serão aqui descritos de maneira mais completa. Isso permite que a presente invenção pasteurize o vapor de água, e condense e coalesça o vapor de água em água líquida, sem sistemas complexos de refrigeração ou condensação, que muitas vezes requerem eletricidade e energia adicional.

[00058] Numa forma de realização, a água contaminada, referida como salmoura em processos de dessalinização, é recolhida na saída 46 e transferida para um tanque para eliminação de salmoura 88. Como mostrado na FIG. 1, polímeros ou outros produtos químicos 90 podem ser adicionados à salmoura para recuperar elementos residuais etc.. Além disso, o sal da salmoura pode ser processado e utilizado para diversos fins, incluindo gerar sal de cozinha, salmoura agrícola e/ou fertilizantes.

[00059] Numa forma de realização da presente invenção, a água contaminada e tratada é reprocessada por reciclagem dos contaminantes e água restante, novamente através do sistema. Isso pode ser feito várias vezes, de modo que a quantidade de água potável extraída da água contaminada aumente até cerca de noventa e nove por cento. Isso pode ser feito, direcionando os contaminantes e a água residual da saída 46 até um primeiro tanque de reprocessamento de salmoura ou contaminantes 92. A água residual restante, na forma de salmoura ou outros contaminantes, é, então, reintroduzida, através da entrada 18 do vaso 12, e reprocessada e recirculada, através do vaso 12, como acima descrito. Água potável adicional será extraída sob forma de vapor de água para condensação e coleta no tanque de recuperação de vapor 80. Os contaminantes restantes e água residual são, em seguida, direcionados para um segundo tanque de reprocessamento de salmoura ou contaminantes 94. A concentração de contaminantes ou salmoura será muito superior no tanque de reprocessamento 92. Após um nível suficiente de salmoura ou água residual ter sido acumulado no tanque de reprocessamento 92, essa água contaminada é, então, passada através da entrada 18 e circulada e processada através do sistema 10, como acima descrito. O vapor de água potável extraído é removido na saída 48 e transformado em água líquida no tanque de recuperação de vapor 80, como acima descrito. Os contaminantes resultantes e água residual podem ser, então, ainda colocados em outro tanque de reprocessamento, ou dentro do tanque de eliminação de salmoura 88. É previsto que uma passagem inicial da água do mar irá produzir, por exemplo, oitenta por cento a noventa por cento de água potável. O primeiro reprocessamento irá produzir uma quantidade adicional de água potável, de tal modo que o total extraído de água potável seja entre noventa por cento e noventa e cinco por cento. A passagem da salmoura e da água restante novamente através do sistema pode produzir até noventa e nove por cento de recuperação de água potável, através da reciclagem da salmoura com pouco, ou nenhum, aumento no custo unitário. Além disso, isso reduz o volume da salmoura ou contaminantes, que pode facilitar a recuperação de elementos residuais e/ou reduzir seus custos de descarte.

[00060] Com referência agora à FIG. 11, numa forma de realização particularmente preferida, um sistema de computação é integrado ao sistema 10 da presente invenção, que regula a unidade de frequência variável 30, com base em medições realizadas a partir de uma pluralidade de sensores que leem, continuamente, temperatura, pressão, taxa de fluxo, taxas de rotação de componentes e capacidade restante de uma variedade de tanques ligados ao vaso de processamento de água 12. Normalmente, essas leituras são feitas em tempo real.

[00061] Por exemplo, sensores de temperatura e/ou pressão 96 podem ser empregados para medir a temperatura do vapor de água ou da água dentro ou fora do vaso 12, bem como a pressão do mesmo, quando necessário. Em resposta a essas leituras do sensor, a caixa de controle 68 fará com que a unidade de frequência variável 30 mantenha a velocidade de rotação do eixo 36, diminua a velocidade de rotação do eixo 36 ou aumente a velocidade de rotação do eixo 36, para manter a temperatura e pressão, reduzir a temperatura e pressão, ou aumentar a pressão e temperatura, respectivamente, da água e vapor de água. Isso pode ser feito, por exemplo, para assegurar que a temperatura do vapor de água seja a temperatura de pasteurização necessária, de modo a matar, no seu interior, todos os microrganismos e outros organismos prejudiciais. De maneira alternativa, ou de forma adicional, um sensor pode ser utilizado para detectar a velocidade de rotação (RPMS) do eixo 36 e/ou bandejas 22, para assegurar que o sistema esteja operando corretamente, e que o sistema esteja gerando o vapor de água necessário em uma temperatura e/ou pressão desejada. O controlador computadorizado também pode ajustar a quantidade de entrada de água através da entrada 18 (GPMS), de modo que a quantidade apropriada de água seja introduzida, conforme a quantidade de vapor de água e de água residual que é removida, para que o sistema 10 opere de maneira eficiente. A caixa de controle 68 pode ajustar a taxa de fluxo de água para dentro do vaso 12, ou ainda ajustar a entrada de água.

[00062] A Figura 28 ilustra esquematicamente uma tela de computador 112 ou configuração semelhante. Essa tela de computador ilustra esquematicamente o vaso 12 com as várias entradas e saídas 18, 46, 48, bem como o eixo 36 e a pluralidade de bandejas 22. O eixo 36 tem múltiplos sensores de vibração e temperatura 114 dispostos ao longo do seu comprimento. Os mancais 38, 40 incluem também sensores de vibração e temperatura 114. Os sensores de vibração e de temperatura 114 são configurados para detectar vibrações horizontais e verticais em cada ponto, assim como a temperatura do eixo 36 gerada pelo atrito da rotação. Os mancais 38, 40 incluem linhas de fornecimento 116a e retorno 116b de óleo, para proporcionar sua lubrificação. As entradas 18 e saída de salmoura 46 incluem medidores de fluxo 118 para detectar as taxas de fluxos correspondentes. Sensores de temperatura e pressão 96 são dispostos ao longo do vaso 12. Os sensores de temperatura e pressão 96 também são dispostos ao longo do vaso 12 para fazer medições em vários pontos predeterminados.

[00063] Conforme acima indicado, a água contaminada pode ser proveniente de um tanque de alimentação 16, ou pode ser proveniente de qualquer outro número de tanques, incluindo tanques de reprocessamento 92 e 94. Também é contemplado que o tanque de armazenamento de água coletada pode ser acoplado, de maneira fluida, à entrada 18, de modo a assegurar que a água seja purificada até certo nível, ou para outros fins, tal como quando a geração de gás de água, que requer um grau de pureza mais elevado de água do que a água contaminada, puder fornecer. Assim sendo, um ou mais sensores 98 podem monitorar os dados dentro dos tanques, para determinar os níveis de água ou de água residual/ salmoura, concentrações, ou taxas de fluxo dentro dos tanques ou fora dos tanques. O controlador 68 pode ser utilizado para comutar a entrada e saída dos tanques, tal como quando a salmoura estiver sendo reprocessada de um primeiro tanque de reprocessamento de salmoura 92 para o segundo tanque de reprocessamento de salmoura 94, e por último para o tanque de eliminação de salmoura 88, conforme acima descrito. Desse modo, quando o primeiro tanque de reprocessamento de salmoura atingir um nível predeterminado, o fluxo de fluido do tanque de alimentação 16 é interrompido e, em vez disso, o fluido é fornecido a partir do primeiro tanque de reprocessamento de salmoura 92 para dentro do vaso 12. A água residual restante e os contaminantes tratados são, em seguida, direcionados para dentro do segundo tanque de reprocessamento de salmoura 94, até ele atingir um nível predeterminado. Em seguida, a água é direcionada, a partir do segundo tanque de reprocessamento de salmoura 94, através do sistema e vaso de processamento de água 12 para, por exemplo, o tanque de eliminação de salmoura 88. A água de salmoura, no primeiro tanque de reprocessamento 92, pode ser de aproximadamente vinte por cento da água contaminada, incluindo a maior parte do total de sólidos dissolvidos. A salmoura residual, que é finalmente direcionada para o tanque de eliminação de salmoura 88, pode compreender apenas um por cento da água contaminada, inicialmente introduzida no sistema de descontaminação 10, através de um tanque de alimentação 16. Assim, os sensores de temperatura e pressão, medidores de fluxo e RPM, podem ser usados para controlar a saída de água desejada, incluindo os controles de temperatura de vapor de água, que resultam em água pasteurizada.

[00064] O controlador 68 pode ser utilizado para direcionar a unidade de frequência variável 30 para alimentar o motor 32, de tal modo que o eixo 36 seja rodado a uma velocidade suficientemente elevada, para que a rotação das bandejas ferva a água de entrada e crie gás de água a uma temperatura e pressão desejada, como ilustrado na FIG. 12. A FIG. 12 ilustra uma turbina a gás de água 100, integrada ao sistema 10. A turbina a gás de água 100 também pode ser usada com o vaso ilustrado nas FIGS. 15 a 27. O vapor de água na forma de gás de água pode ser gerado no vaso de processamento de água 12 para acionar uma turbina a gás de água de baixa temperatura e alta pressão, alimentando a saída de vapor 48 para dentro de uma entrada na turbina 100. A turbina 100 é, por sua vez, acoplada a um gerador elétrico 102, para gerar eletricidade, de maneira econômica e eficiente em termos de custos. De maneira alternativa, o eixo 36 do vaso 12 pode ser estendido para girar o gerador 102 direta ou indiretamente.

[00065] No caso de uma turbina a gás de água, o vapor de água pode ser aquecido a mais de seiscentos graus Fahrenheit e pressurizado a mais de 1.600 libras por polegada quadrada (psi), que é adequada para acionar a turbina a gás de água 100. Além do aumento da velocidade das bandejas, a incorporação da natureza afunilada das conchas 26 das bandejas 22, e a natureza afunilada das aberturas 28 das chicanas de placa com aberturas 24 também facilitam a geração de vapor de água e gás de água. Aumentar os ângulos das conchas 26, tal como de vinte cinco graus em uma primeira bandeja para quarenta e cinco graus em uma última bandeja, também aumenta a geração de vapor de água na forma de gás de água e aumenta a sua pressão, de modo a ser capaz de acionar a turbina a gás de água 100. As FIGS. 13 e 14 ilustram uma forma de realização, em que uma saída de gás de água 104 é formada numa extremidade do vaso 12 e a turbina a gás de água 100 é diretamente ligada ao mesmo, de tal modo que o gás de água pressurizado passe através da turbina 100, de modo a rodar suas lâminas 106 e o eixo 108, de modo a gerar eletricidade através do gerador elétrico nela acoplado. Uma saída de vapor de água 110 transfere o vapor de água a um container de recuperação de vapor 80 ou semelhante. O tanque de recuperação 80 pode necessitar incluir condensadores, refrigeração, tubulação adicional etc., de modo a arrefecer o gás de água ou vapor de água de alta temperatura, de modo a condensá-lo em água líquida.

[00066] Naturalmente, será percebido pelas pessoas versadas na técnica que o gás de água, gerado pelo sistema 10, pode ser usado para outros fins, tais como fins de aquecimento, remoção de óleo de poços e de reservatórios de betume e xisto, e semelhantes etc..

[00067] Também será percebido que a presente invenção, através dos sensores e controlador 68, pode gerar vapor de água a uma temperatura e/ou pressão mais baixa para a produção de água potável, cujo vapor de água é direcionado, através da saída 48, diretamente para dentro de um container de recuperação de vapor, e o sistema acelerado para criar vapor ou gás de água de alta temperatura para passar através da turbina de gás de água 100, para gerar eletricidade, conforme necessário. Por exemplo, durante o horário noturno, o sistema 10 pode ser usado para gerar água potável, quando muito pouca eletricidade for necessária. No entanto, durante o horário diurno, o sistema 10 pode ser ajustado para gerar gás de água e eletricidade.

[00068] Conforme acima descrito, muitos dos componentes da presente invenção, incluindo a unidade de frequência variável 30, motor elétrico 32, transmissão 34 e vaso de processamento de água 12 e os componentes em seu interior, podem ser fixados a uma estrutura 42, que é portátil. Todo o sistema 10 da presente invenção pode ser concebido para se encaixar em um container ISO de quarenta pés de comprimento. Esse container pode ser isolado com uma unidade de refrigeração (HVAC) para transporte e armazenamento em ambiente operacional controlado. Os vários tanques, incluindo o tanque de alimentação, tanque de recuperação de vapor, tanques de armazenamento de água potável, e tanques de reprocessamento ou eliminação de contaminante/ salmoura podem ser encaixados dentro do container transportável ou transportados separadamente e ligados às portas de entrada e saída, conforme necessário. Desse modo, todo o sistema 10 da presente invenção pode ser facilmente transportado num container ISO, ou semelhantes, através de navio, caminhão semirreboque, ou semelhantes. Desse modo, o sistema 10 da presente invenção pode ser levado para onde for necessário, para atender desastres naturais, operações militares etc., mesmo em locais remotos. Tal arranjo resulta em um alto nível de mobilidade e rápida implantação e inicialização do sistema 10 da presente invenção.

[00069] A Figura 29 ilustra, esquematicamente, os processos que ocorrem em vários pontos, isto é, subcâmaras, ao longo do vaso 12. A câmara interna 14 do vaso 12 é efetivamente dividida em uma série de subcâmaras, como ilustrado. O vaso 12 contém cinco subcâmaras, que desempenham as funções de uma bomba de fluxo axial, um compressor de fluxo axial, um compressor de fluxo centrífugo, uma turbina a gás não-inflamável e/ou uma turbina hidráulica/ de água. Em funcionamento, o sistema 10 tem capacidade para vaporizar água através de um processo mecânico, permitindo, desse modo, dessalinização, descontaminação e vaporização, eficiente e eficaz, de uma variedade de fluidos contaminados. Antes de entrar no vaso 12, o líquido pode estar sujeito a uma etapa de pré-tratamento 120, em que o fluido é passado através de filtros e de vários outros processos, para separar os contaminantes que são mais facilmente removidos, ou que possam danificar ou degradar a integridade do sistema 10. Depois de passar através das entradas 18, o fluido entra numa câmara de admissão 122, que tem um efeito sobre o fluido semelhante a uma bomba de fluxo axial, após o sistema 10 atingir sua velocidade de rotação operacional. Uma bomba de iniciação externa (não mostrada) pode ser desligada, de tal modo que o sistema 10 puxe a água contaminada através da entrada, ou seja, a câmara de admissão opera como uma bomba de fluxo axial, sem o funcionamento contínuo da bomba de iniciação. Uma redução significativa na pressão da câmara de admissão provoca destilação a vácuo ou vaporização para ocorrer em temperaturas abaixo de 212° F. Após a câmara de admissão 122, o fluido encontra a primeira bandeja 22, onde ele entra na primeira câmara de processamento 124. Essa primeira câmara de processamento atua como um compressor centrífugo de fluxo e como um compressor axial de fluxo, através da ação combinada da bandeja rotativa 22 e da chicana adjacente 24. Uma alta porcentagem da água de admissão é vaporizada através de cavitação, após o impacto com a bandeja rotativa em alta velocidade 22 na primeira câmara de processamento 124. Um processo de compressão centrífuga de fluxo ocorre dentro da primeira câmara de processamento 124 e em cada câmara de processamento subsequente. O processo de compressão centrífuga de fluxo lança os sólidos dissolvidos não-evaporados e, pelo menos, uma parte da água no estado líquido na parede externa da câmara de processamento 124. Essa ação separa os sólidos dissolvidos e a maior parte do líquido restante do vapor. Um processo de compressão axial de fluxo também ocorre dentro da primeira câmara de processamento 124 e em cada câmara subsequente. Esse processo de compressão axial de fluxo comprime o vapor e líquido, o que também aumenta a pressão e temperatura dentro da câmara de processamento. A segunda câmara de processamento 126 e a terceira câmara de processamento 128 funcionam de forma semelhante, por meio da composição da ação das características do compressor centrífugo de fluxo e do compressor axial de fluxo da primeira câmara de processamento 124.

[00070] No momento em que o fluido atinge a quarta câmara de processamento 130, ele é submetido a processos de compressão centrífuga de fluxo e axial de fluxo, de tal modo que a natureza do fluido e seu fluxo através do vaso 12 se alterem. Na quarta câmara de processamento, o fluido se comporta como se ele estivesse passando através de uma turbina a gás não- inflamável ou uma turbina hidráulica/ de água, provocando a rotação do eixo 36. A quinta câmara de processamento 132 compõe esse processo de turbina a gás não-inflamável ou de turbina hidráulica/ de água. Os processos de turbina das quarta e quinta câmaras de processamento 130, 132 fornecem uma medida de força para acionar a rotação do eixo 36, de tal forma que a força sobre o motor 32 possa ser desacelerada, sem perda de funcionalidade no sistema 10. Depois de sair da quinta câmara de processamento 32, o fluido foi separado a um grau tão elevado, que praticamente todos os contaminantes sob a forma de salmoura passam através da passagem anelar 47 para a saída 46, e o vapor purificado passa através da parte central da câmara interna 14 para a saída de vapor 48. As operações de turbina das quarta e quinta câmaras de processamento 130, 132, permitem um funcionamento contínuo do sistema 10 com uma entrada de energia reduzida (em até 25%), em comparação com uma fase inicial, após um equilíbrio na operação ser alcançado.

[00071] Após a quinta câmara de processamento 132, o sistema inclui uma câmara de descarga. A câmara de descarga 134, que é maior do que qualquer uma das câmaras de processamento anteriores, contém as duas saídas de descarga 46, 48. O grande aumento de volume resulta numa redução drástica na pressão e em uma separação física dos sólidos dissolvidos e da água restante do vapor.

[00072] As dimensões do vaso 12 são de preferência configuradas, de tal modo que as câmaras de processamento combinadas 124 a 132 ocupem cerca de metade do comprimento total. A câmara de descarga 134 ocupa cerca de um terço do comprimento total. O restante do comprimento do vaso, cerca de um sexto do comprimento total, é ocupado pela câmara de admissão 122. As câmaras de processamento 124 a 132 são divididas em cerca de três quintos de funcionalidade do compressor e dois quintos de funcionalidade da turbina. Após o fluido sair da última câmara de processamento 132, ele alcançou cerca de oitenta por cento de vaporização, quando ele entra na câmara de descarga 134 e é direcionado para as respectivas saídas 46, 48.

[00073] Embora várias formas de realização tenham sido descritas em detalhe para fins de ilustração, várias modificações podem ser feitas, sem se afastar do âmbito e do espírito da invenção. Consequentemente, a invenção não deve ser limitada, exceto pelas reivindicações anexas.

Claims (7)

1. SISTEMA PARA PROCESSAR UM FLUIDO, compreendendo: vaso alongado (12) definindo uma câmara interna (14), o vaso e a câmara interna (14) sendo orientados geralmente horizontalmente; entrada de fluido (18) formada no vaso(12); caracterizado por compreender pluralidade de bandejas(22) dispostas dentro da câmara interna (14) em relação espaçada entre si, cada qual da pluralidade de bandejas (22) incluindo conchas (26) através as bandejas (22), por onde passam fluidos, em que as conchas (26) incluem uma entrada (52) de um primeiro diâmetro orientada substancialmente perpendicular a uma superfície da bandeja e uma saída (54) de um segundo menor diâmetro; um direcionador de fluxo(66), que se estende desde uma face frontal da pelo menos uma das bandejas (22) e configurado para dirigir o escoamento do fluido para uma periferia da bandeja; pluralidade de chicanas (24) orientadas verticalmente e dispostas ao longo da orientação horizontal da câmara interna (14) e presa de forma fixa ao vaso (12), cada uma da pluralidade de chicanas (24) alternadamente espaçada com cada uma da pluralidade de bandejas (22), cada uma da pluralidade de chicanas (24) tendo aberturas (28) através das chicanas(24), por onde passam fluidos, onde as aberturas (28) têm uma entrada (62) de um primeiro diâmetro e uma saída (64) de um segundo menor diâmetro; eixo giratório (36) disposto ao longo da orientação horizontal da câmara interna (14), o eixo (36) passando através das chicanas(24) e fixado às bandejas (22), de modo a rodar as bandejas dentro da câmara interna (14); meios (30, 32, 34, 130, 132) para rodar o eixo (36); um controlador (68) para ajustar a velocidade de rotação do eixo (36) ou a entrada de fluido (18) para o vaso (12); pelo menos um sensor (96, 114, 118) em comunicação com o controlador (68) e configurado para determinar, pelo menos, um dos seguintes: 1) velocidade de rotação do eixo (36) ou bandejas (22), 2) pressão da câmara interna (14), 3) temperatura do fluido, 4) taxa de entrada de fluido, ou 5) nível de contaminantes no fluido a ser processado; uma saída de contaminante (46) formada no vaso (12); luva interna (45) disposta na câmara interna (14) a jusante das bandejas (22) e chicanas (24), próxima à saída de contaminante (46), a luva interna (45) formando uma passagem anular (47) levando da câmara interna (14) para a saída de contaminante (46); e saída de vapor (48) formada no vaso (12) oposta à entrada do fluido (18) ao longo da orientação horizontal da câmara interna (14) e em comunicação com um tanque de recuperação de vapor (80) para condensar vapor.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do sistema ser fixado a uma estrutura portátil (42).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de ainda compreender pelo menos um tanque de fluido contaminado e tratado (92), fluidamente ligado à saída de contaminante (43) do vaso (12), que é por sua vez ligado à entrada de fluido (18) no vaso (12) para reprocessar o fluido contaminado, por passagem do fluido contaminado e tratado através do sistema (10).

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de incluir uma turbina (100) ligada à saída de vapor (48) do vaso (12) e operativamente ligada a um gerador elétrico (102).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de incluir um retorno de fluido tratado entre uma saída (110) na turbina (100) e a entrada de fluido (18) no vaso (12).

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato do eixo (36) se estender para fora do vaso (12) e ser acoplado a um gerador elétrico (102).

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do eixo (36) ser diretamente acoplado ao gerador elétrico (102).

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