BR112015000132B1 - dispositivo de aeração, o uso do mesmo e instalação de purificação de água com tal dispositivo de aeração - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE AERAÇÃO, O USO DO MESMO E INSTALAÇÃO DE PURIFICAÇÃO DE ÁGUA COM TAL DISPOSITIVO DE AERAÇÃO. Aerador para aerar água que compreende um sistema de distribuição (4) para distribuir ar abaixo da superfície da água e um compressor (2) com uma entrada de ar e, pelo menos, uma saída de ar (23), onde o compressor (2) é configurado para ser colocado abaixo da superfície da água por este compressor (2), sendo providenciado com uma estrutura que evita a infiltração da água no compressor (2), onde a infiltração de água na entrada de ar é evitada ao ser providenciado um tubo de entrada (3), do qual uma extremidade aberta está acima da superfície da água e a outra abertura tem uma ligação estanque para o compressor (2), onde a infiltração de água na saída de ar (23) é evitada devido ao sistema de distribuição (4) ter uma ligação estanque para a saída de ar (23) e, devido à sua natureza ou, pelo menos, uma válvula, pode reter água e em que a estrutura está em contato térmico com a água para arrefecer o compressor (2), caracterizado pelo fato de que o compressor (2) é um compressor centrífugo que compreende um impulsor (21) que é acionado por um veio (17) que está montado em rolamentos (...).

Description

A presente invenção se relaciona com um aerador.

Mais especificamente, a invenção se destina a um aerador que sopra ar para um sistema de distribuição colocado sob água para introduzir ar na água.

Tal aerador é usado principalmente para a aeração de águas residuais, para que os processos de decomposição de impurezas funcionem eficazmente, mas outras aplicações, tais como aerar outros volumes de água, por exemplo lagos de exploração piscícola ou piscinas, são também possíveis.

Tradicionalmente, as bacias de águas residuais são aeradas através de um compressor que, através de uma rede de tubagens com válvulas, providencia ar a um ou mais sistemas de distribuição de água equipados com difusores colocados em ou próximo da parte inferior das bacias.

Estes difusores são concebidos para gerar bolhas de água muito pequenas, sendo que esses dispositivos possuem uma eficácia de aeração muito elevada.

Esta eficiência é também conhecida como o Padrão de Eficiência de Aeração (SAE). Este é o rácio entre a quantidade de oxigénio introduzido na água e a quantidade necessária de energia para introduzir este oxigénio na água.

Uma desvantagem de tal aerador é que o compressor produz ruído e tem de ser arrefecido. Têm de ser realizadas modificações para esta situação.

Tem de ser construída e mantida uma grande rede de tubos, com várias ligações, ramificações e válvulas e, consequentemente, uma grande baixa de pressão, porque diferentes locais na bacia têm diferentes requisitos de aeração e a aeração apenas tem de ser realizada caso exista necessidade para evitar ineficiências.

Além disso, existe a desvantagem de não ser fácil manter e/ou limpar os sistemas de distribuição de ar, e deste modo, evitar bloqueios, pois as bacias têm de ser esvaziadas para este efeito.

Também a mistura da água em uma bacia é geralmente insuficiente para um funcionamento ótimo, de modo que meios adicionais têm de ser usados para obter a mistura.

Tais aeradores também têm a desvantagem de serem dispendiosos e não poderem ser facilmente movíveis e, deste modo, não puderem ser aplicados de forma flexível, por exemplo, em casos onde uma instalação fixa é muito cara, ou é apenas necessária por vezes.

Várias destas desvantagens são evitadas através de sistemas tradicionais que consistem de uma bomba colocada sob água, a qual bombeia águas residuais no seu lado de bombeamento através de um estreitamento, e devido à sob pressão que ocorre, suga ar através de um tubo de entrada que se estende do estreitamento até acima da superfície da água. O ar sugado é então bombeado em conjunto com a água bombeada sob a superfície da água a partir do estreitamento, de modo que a água na bacia é aerada.

No entanto, tais instalações têm um SAE muito baixo, por um lado porque têm de bombear grandes quantidades de água para relativamente baixa quantidade de ar e, por outro lado, porque formam bolhas de ar relativamente grandes.

A EP 0 163 821 se relaciona com um dispositivo que é providenciado com uma estrutura que pode ser colocada em uma bacia como um todo. Este dispositivo compreende um compressor que é colocado abaixo da superfície da água. É claro que tal dispositivo é pesado e de grandes dimensões, o que torna difícil geri-lo ou movê-lo.

A patente GB 1 268 426 se relaciona com um dispositivo para aerar um líquido, e este dispositivo está equipado com um ventilador que assenta no fundo de um curso de água, e este ventilador é acionado por um motor elétrico equipado com rolamentos de esferas. Um problema com tal dispositivo é ter de ser puxado para a margem para manutenção dos rolamentos e isso requer a presença de um circuito de lubrificante com óleo, o que torna o dispositivo mais difícil de elevar.

O objetivo da presente invenção é providenciar uma solução para, pelo menos, uma das desvantagens e/ou outras acima mencionadas ao providenciar um aerador para aerar água que compreende um sistema de distribuição para distribuir ar abaixo da superfície da água e um compressor com uma entrada de ar e, pelo menos, uma saída de ar, onde o compressor é configurado para ser colocado abaixo da superfície da água, sendo este compressor providenciado com uma estrutura que evita a infiltração da água no compressor, onde a infiltração de água na entrada de ar é evitada através de um tubo de entrada sendo providenciado, do qual uma extremidade aberta está acima da superfície da água e a outra abertura tem uma ligação estanque para o compressor, de modo que a entrada de ar pode sugar ar para a atmosfera através do tubo de entrada, onde a infiltração de água na saída de ar é evitada devido ao sistema de distribuição ter uma ligação estanque para a saída de ar e, devido à sua natureza ou, pelo menos, uma válvula, pode reter água e onde a estrutura está em contato térmico com a água para arrefecer o compressor, e onde o compressor é um compressor centrífugo que compreende um impulsor que é acionado por um veio que é montado em rolamentos de ar, rolamentos magnéticos ou ambos.

Isto tem a vantagem que tal aerador poder colocar ar sob a água com uma grande eficiência, logo um elevado valor SAE, sem uma grande rede de tubos de ar com válvulas e ligações.

Além disso, o ruido gerado por tal aerador é reduzido pela água, e não é necessário providenciar um circuito de refrigeração ou ventoinhas para arrefecer um compressor.

Tal aerador também não é visível e, deste modo, não perturba a paisagem.

O aerador pode também estar ligado ou desligado de acordo com a necessidade, desta forma para aplicar a quantidade correta de aeração em todos os locais quando vários aeradores são usados.

Outras vantagens importantes de um aerador de acordo com a invenção são o fato de não necessitarem de manutenção, por exemplo devido à utilização de rolamentos magnéticos e/ou a ar, e o mesmo não tem de ser equipado com um circuito lubrificante a óleo, onde o aerador pode ser produzido de forma leve e fácil de gerir.

Em uma forma de realização preferida, o sistema de distribuição compreende, pelo menos, um difusor.

Desta forma, é conseguido um SAE mais elevado com pouca ou nenhuma perda de energia para distribuição de ar pressurizado, ao ser usado um difusor que consegue pequenas bolhas de ar com uma boa transferência de oxigénio.

Preferencialmente, o sistema de distribuição compreende, pelo menos, dois braços de distribuição que se afastam do compressor que são equipados com, pelo menos, dois difusores, e preferencialmente um braço de distribuição é também provido com uma ramificação lateral que é equipada com, pelo menos, um difusor.

Desta forma, é obtida uma boa distribuição de ar ao longo de uma superfície relativamente grande.

O veio do compressor é preferencialmente provido com uma cavidade que se estende ao longo do veio, e o compressor é providenciado com um canal de ar que corre do lado de pressão para o lado de entrada através da cavidade.

Isto tem a vantagem de que o ar de refrigeração ou o ar pode fluir para e/ou de qualquer rolamento de ar através da cavidade.

Em uma forma de realização preferida, o compressor e o sistema de distribuição são dispostos de modo a que possam rodar em redor de um eixo vertical.

Isto tem a vantagem que uma muito maior proporção da bacia possa ser aerada de forma eficiente, e que o sistema de distribuição pode agir como um misturador para a água na bacia ao mesmo tempo.

O binário oposto do veio que gira garante um movimento de rotação do compressor e sistema de distribuição.

Preferencialmente, de modo a exercer uma força adicional para o movimento de rotação, o sistema de distribuição é equipado com um bocal com uma direção que tem, pelo menos, um componente perpendicular à direção radial.

Como resultado, não é necessário acionador separado para provocar o movimento de rotação.

Em uma forma de realização preferida, a entrada de ar e/ou saída de ar do compressor estão posicionadas sob o motor e/ou o impulsor.

Isto tem a vantagem de que no caso de uma fuga no sistema, ou falha de ligações, devido à sua estrutura fechada, o compressor irá fechar internamente uma bolha de ar que retém a água.

Como resultado, o compressor é facilmente e melhor protegido contra danos provocados pela água.

Deste modo, uma outra forma de realização preferida, as ligações entre o compressor e o tubo de entrada, e entre a saída de ar e o sistema de distribuição, são amovíveis, onde uma válvula no tubo de entrada e sistema de distribuição evita a infiltração da água.

Como resultado, com grandes e pesados aeradores, o compressor pode ser desligado do resto do aerador e elevado acima da água de modo a ser realizada manutenção, ser substituído e/ou trocado.

Em uma forma de realização preferida adicional, o aerador pode ser elevado da água como um todo usando uma pega que está fixa no topo do aerador.

Como resultado, o aerador, incluindo o sistema de distribuição de ar, pode ser facilmente retirado e colocado na bacia para manutenção ou limpeza, sem que a bacia tenha de ser esvaziada.

Também pode ser construído como um aerador pequeno e não dispendioso que é facilmente aplicável e fácil de limpar, e o qual, não obstante, pode colocar ar de baixo de água com uma grande eficiência.

A invenção também se relaciona com uma central de purificação de água que compreende, pelo menos, uma bacia para água que tem de ser aerada, onde um componente da central de purificação de água é um aerador, como acima descrito.

A invenção também se relaciona com a utilização de um aerador, como acima descrito, para introduzir ar nas águas residuais a serem purificadas.

Com a intenção de melhor mostrar as características da invenção, algumas formas de realização preferidas de um aerador de acordo com a invenção são descritas de seguida, através de exemplo, sem qualquer natureza limitativa, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: a figura 1 mostra uma vista lateral esquemática de um aerador de acordo com a invenção em funcionamento; a figura 2 mostra um corte transversal da parte do aerador da figura 1 que é indicado por F2; a figura 3 mostra uma vista superior de uma parte de outra forma de realização de um aerador de acordo com a invenção; e as figuras 4 e 5 mostram vistas laterais esquemáticas de uma parte de outras duas formas de realização de um aerador de acordo com a invenção.

O aerador 1 mostrado nas figuras 1 e 2 consiste, essencialmente, de um compressor 2 ligado a um tubo e entrada 3 e um sistema de distribuição de ar 4.

O tubo de entrada 3 é providenciado com uma cobertura 5 para manter a água da chuva no lado exterior, um anel deslizante 6 para ligações elétricas e uma pega, neste caso na forma de um olhal de elevação 7.

É ligado um cabo de energia 8 externo ao anel deslizante, e um segundo cabo 9 passa do anel deslizante para uma unidade de controlo 10 que é ligada ao compressor 2.

O sistema de distribuição de ar consiste de dois braços de distribuição 11 ligados ao compressor 2 na direção radial, cada um com quatro difusores 12. Os braços de distribuição são suspensos do tubo de entrada 4 através de um cabo de suspensão 13, e estão pendurados livremente no fundo da bacia na qual o aerador 1 está colocado.

O aerador 1 está colocado em uma placa giratória 14, que permite ao aerador 1 girar em redor do seu eixo A-A'. Esta pode ser uma placa giratória 14 que é fixa em ou na parte inferior da bacia de modo que esteja livre para rodar, mas também pode ser uma placa giratória acionada.

Como mostrado na figura 2, o compressor é um compressor centrífugo 2 que assenta na placa giratória 14. O compressor 2 compreende um motor 15, cujo rotor 16 é integrado em um veio central oco 17, e o estator 18 se encontra na estrutura do motor 19. A estrutura do motor 19 é providenciada com aletas de refrigeração 20.

O compressor também compreende um impulsor centrífugo 21 que é montado no veio 17, e o qual está rodeado por uma voleta 22 na qual as saídas de ar 23 são providenciadas.

Neste caso, um rolamento de ar 24 é providenciado em vários locais entre o rotor 16 e a estrutura 19. De acordo com a invenção, o número de rolamentos de ar 24 pode ser escolhido livremente e também, de acordo com uma forma de realização não mostrada nos desenhos, o veio 17 pode ser montado em rolamentos através de uma combinação e um ou mais rolamentos de ar com um ou mais rolamentos magnéticos. No entanto, uma variante na qual o veio 17 é montado em um ou mais rolamentos magnéticos está dentro do âmbito da presente invenção.

As saídas de condensado 25 são providas na parte inferior da estrutura 19 e perto da ligação entre o tubo de entrada 3 e o compressor 2.

A estrutura do motor 19 e a voleta 22 em conjunto formam uma estrutura do compressor que evita a infiltração de água no compressor.

Um sensor de oxigénio 26 está ligado à unidade de controlo 10.

A operação do aerador 1 é muito simples e como se segue.

O aerador é elevado com o olhal de elevação 7 através de um dispositivo de elevação externo e colocado na posição desejada em uma placa giratória 14 em uma bacia com água a ser aerada.

A eletricidade é fornecida ao cabo 8 e, consequentemente, também ao segundo cabo 9 através do anel deslizante 6.

O sensor de oxigénio mede o nível de oxigénio na água. Caso esteja abaixo de um limite, a unidade de controlo 10 irá iniciar o motor 15, de modo que o rotor 16, o veio 17 e o impulsor 21 começam a girar.

O ar é agora sugado da atmosfera através do tubo de entrada 3 e empurrado, devido à ação do impulsor 21 e a voleta 22, sob pressão das saídas de ar 21 para os braços de distribuição 11 e, deste modo, os difusores 12, onde este ar sai como pequenas bolhas 27, as quais podem transferir o seu oxigénio para a água. Isto é indicado na figura 2 pelas setas P.

Uma proporção do ar pressurizado no lado da saída do impulsor 21 também flui para os rolamentos de ar 24, ao longo de um caminho indicado pelas setas Q na figura 2, e dos rolamentos de ar 24 através do veio oco 17 novamente para o tubo de entrada 3. Como os rolamentos de ar 24 são fornecidos com ar comprimido, suportam as partes rotativas 16, 17, 21 do compressor 2.

Assim que a concentração de oxigénio medida pelo sensor de oxigénio 26 sobe acima do limite, o motor 15 do compressor é desligado novamente pela unidade de controlo 10.

Como os difusores 12 podem permitir que o ar passe, mas não água, enquanto o compressor 2 está parado nenhuma água pode infiltrar o compressor 2 através do sistema de distribuição 4.

Se o sistema de distribuição 4 tiver elementos que possam permitir água no sistema de distribuição de ar 4 quando o compressor 2 está parado, as válvulas adequadas, por exemplo, válvulas antirretorno, têm de ser providenciadas para evitar que esta água possa danificar o compressor 2.

O calor gerado no motor 15 durante a utilização é conduzido para a água através das aletas de refrigeração 20 da estrutura do motor 19, através das quais o motor 15 é arrefecido.

Durante a utilização pode condensar vapor de água no aerador 1.

O condensado formado pode ser removido através das saídas de condensado 25.

Um movimento de rotação, independente da força motriz para tal, de todo o aerador 1, é possível devido à placa giratória 14, e devido ao anel deslizante que pode manter uma ligação elétrica entre uma fonte energética fixa na banqueta e o motor acionador.

O cabo 8, o segundo cabo 9 e o anel deslizante 6 podem também ser usados para transmitir sinais de controlo à unidade de controlo 10.

O sensor de oxigénio 26 é opcional, sendo que sem este sensor de oxigénio 26 o aerador 1 não se pode controlar como função do teor de oxigénio da água, mas poderá apenas estar ligado ou desligado, ou poderá ajustar a sua operação com base em um sinal de controlo externo.

Se o aerador 1 necessitar de manutenção ou limpeza, pode ser facilmente retirado da água como um todo, isto é, com o sistema de distribuição de ar, através do olhal de elevação.

Se vários aeradores 1 estiverem em uma única bacia, um aerador 1 específico é apenas usado pelo controlador dependente do oxigénio automático se necessário localmente, de modo que é evitada a aeração desnecessária e, deste modo, um consumo energético desnecessário.

O aerador 1 mostrado na figura 3 difere do aerador 1 descrito acima pela existência de oito saídas de ar 23 e braços de distribuição 11, onde cada braço de distribuição 11 é providenciado com três ramificações laterais 28, que são equipadas com difusores 12, de modo que para cada braço de distribuição 11, incluindo as suas ramificações laterais 28, dez difusores 12 são providos.

Uma das ramificações laterais 28 de cada braço de distribuição 11 é providenciada com um bocal 29 que tem uma direção, isto é, uma direção na qual ejeta ar em operação, que tem, pelo menos, um componente que é perpendicular à direção radial visto a partir do compressor 2.

A utilização desta variante do aerador 1 difere da utilização descrita acima em que uma grande quantidade de água está a ser aerada. Além disso, durante a utilização desta variante do aerador 1, parte do ar empurrado para o sistema de distribuição de ar 4 pelo compressor é empurrada pelo bocal 29. Como resultado, é exercida uma força no sistema de distribuição de ar na direção oposta, que faz todo o aerador, exceto o olhal de elevação 7, o cabo 8 e uma parte do anel deslizante 6, girarem na placa giratória.

Este movimento de rotação também garante a mistura da água em redor do aerador 1.

A figura 4 mostra uma parte de uma variante do aerador 1 da figura 3, onde a parte do compressor do aerador é mostrada em particular, enquanto apenas um braço de distribuição 11 é mostrado, e os outros braços de distribuição 11 foram omitidos para clareza.

Esta forma de realização difere, essencialmente, das formas de realização descritas anteriormente, pelo fato do compressor com a sua entrada de ar e saída de ar 23 estarem montadas mais abaixo, isto é, a entrada de ar e saída de ar 23 estão localizadas abaixo do impulsor 21 e motor 15.

De forma a tornar isto possível, o tubo de entrada 3 tem de seguir uma curva 30.

O funcionamento desta forma de realização é como descrito acima.

A vantagem desta forma de realização é que no caso de uma fuga, o compressor 2 está protegido contra danos provocados pela água devido à bolha de ar presente na estrutura do compressor.

De forma similar à figura 4, a figura 5 descreve uma forma de realização alternativa do aerador 1 de acordo com a invenção.

Aqui, o aerador 1 não pode girar e, consequentemente, um anel deslizante 6 não é necessário. O compressor 2 é amovível, através dos dispositivos de fecho amovíveis 31, do tubo de entrada 2 e o sistema de distribuição de ar 4, onde as válvulas 5 nos dispositivos de fecho amovíveis 31 evitam que o tubo de entrada 2 e o sistema de distribuição de ar 4 se encham com água.

O compressor 2 pode ser retirado da bacia de água por um dispositivo de elevação e guiado por uma guia 32 para inspecção, 10 manutenção, etc., e colocado novamente.

A presente invenção não é de todo limitada às formas de realização descritas como um exemplo e mostradas nos desenhos, mas um aerador, de acordo com a invenção, pode ser concebido em todos os tipos de variantes, sem sair do âmbito da invenção.

Claims (14)

1 .- Aerador para aerar água que compreende um sistema de distribuição (4) para distribuir ar abaixo da superfície da água e um compressor (2) com uma entrada de ar e, pelo menos, uma saída de ar (23), onde o compressor (2) é configurado para ser colocado abaixo da superfície da água por este compressor (2) sendo providenciado com uma estrutura que evita a infiltração da água no compressor (2), onde a infiltração de água na entrada de ar é evitada ao ser providenciado um tubo de entrada (3), do qual uma extremidade aberta está acima da superfície da água e a outra abertura tem uma ligação estanque para o compressor (2), onde a infiltração de água na saída de ar (23) é evitada devido ao sistema de distribuição (4) ter uma ligação estanque para a saída de ar (23) e, devido à sua natureza ou, pelo menos, uma válvula, pode reter água e onde a estrutura está em contato térmico com a água para arrefecer o compressor (2), caracterizadopelo fato de que o compressor (2) é um compressor centrífugo que compreende um impulsor (21) que é acionado por um veio (17) que é montado em rolamentos de ar (24), rolamentos magnéticos ou ambos.

2 .- Aerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de distribuição (4) compreende, pelo menos, um difusor (12).

3 .- Aerador de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que o sistema de distribuição (4) compreende, pelo menos, dois braços de distribuição (11) que se afastam do compressor (2), cada um equipado com, pelo menos, dois difusores (12).

4 .- Aerador de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizadopelo fato de que um braço de distribuição (11) é providenciado com uma ramificação lateral (28) que é equipada com, pelo menos, um difusor (12).

5 .- Aerador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o veio (17) é provido com uma cavidade que se estende no comprimento do veio (17), e que o compressor (2) é providenciado com um canal de ar que corre do lado da pressão para a entrada através da cavidade.

6 .- Aerador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de que o compressor (2) e o sistema de distribuição (4) são dispostos de modo a que possam rodar em redor de um eixo vertical (A-A').

7 .- Aerador de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o sistema de distribuição (4) é equipado com um bocal (29) com uma direção que tem, pelo menos, um componente perpendicular à direção radial.

8 .- Aerador de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizadopelo fato de que o aerador assenta em uma placa giratória (14) que tem como objetivo assentar no fundo de um reservatório no qual a água está localizada.

9 .- Aerador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de que a entrada de ar e/ou saída de ar (23) do compressor (24) estão posicionadas abaixo do motor e o impulsor (21).

10 .- Aerator de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizadopelo fato de que o aerador (1) pode ser retirado da água como um todo usando uma pega (7) que está fixa ao topo do aerador (1).

11 .- Aerador de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o sistema de distribuição (4) está ligado ao compressor (2) de uma forma que se suporta a si mesmo, ou meios de suporte (13) são providos no aerador (1) para suportar o sistema de distribuição (4).

12 .- Aerador de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que as ligações entre o compressor (2) e o tubo de entrada (3), e entre a entrada de ar (23) e o sistema de distribuição (4), são amovíveis, onde uma válvula no tubo de entrada (3) e sistema de distribuição (4) evita a infiltração da água.

13 .- Central de purificação de água que compreende, pelo menos, uma bacia para água que tem de ser aerada, caracterizada pelo fato de que um componente da central de purificação de água é um aerador (1) conforme definido em qualquer uma das 5 reivindicações 1 a 12.

14 .- Utilização de um aerador conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12 para introduzir ar em águas residuais a serem purificadas.

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