BR112015010951B1

BR112015010951B1 - Método de tratamento de um fluido

Info

Publication number: BR112015010951B1
Application number: BR112015010951-9A
Authority: BR
Inventors: Ivan William Hofsajer; Vijaya Srinivasu Vallabhapurapu; Wei Hua Ho
Original assignee: University Of South Africa
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2021-07-13
Also published as: AP2015008485A0; BR112015010951A2; US20150299004A1; ZA201503507B; EP2920117A1; US9938169B2; CN104903243A; WO2014076651A1; EP2920117A4; EP2920117B1; AU2013346416A1

Abstract

método e aparelho para tratar um fluido. a presente invenção refere-se a um método e um aparelho para tratar um fluido. o aparelho inclui uma câmara cilíndrica de material não magnético para reter um volume de fluido a ser tratado. o flui-do contém uma quantidade de partículas magnéticas, preferencialmente nanopartículas que têm as propriedades desejadas para tratar o fluido. o aparelho inclui um gerador de campo magnético para criar um campo magnético não estático no interior da câmara para, desse mo-do, induzir o movimento nas partículas magnéticas no interior da câmara em uso. a câmara tem uma entrada através da qual o fluido a ser tratado pode ser introduzido e uma saída através da qual o fluido tratado pode ser removido da câmara. os conjuntos de enrolamentos são dispostos concentricamente ao redor da câmara e dispostos para criar um campo magnético giratório no interior da câmara. preferencialmente, o campo magnético giratório gira no sentido oposto à rotação em redemoinho do fluido na câmara. isso intensifica o contato entre as nanopartículas e o fluido a ser tratado.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção refere-se a aparelho para tratar um fluido e aum método de tratamento de um fluido.

[002] As nanopartículas foram desenvolvidas por inúmeros pesquisadores para vários propósitos. Atualmente, as mesmas foram utilizadas no campo médico, para a purificação de água e para a mistura de fluidos em canais microfluídicos, dentre outros campos. A vantagem principal das partículas de nanoescala é a área de superfície aumentada para a mesma massa de partículas. Essa área de superfície aumentada leva às eficiências aumentadas desejadas.

[003] No campo da purificação de água, as nanopartículas desempenham um papel igualmente importante. No entanto, o problema de remover as partículas após a purificação leva à ideia de uma nano- partícula que tem um núcleo magnético. Essas nanopartículas magnéticas existem há um tempo e muitas "técnicas de remoção" foram desenvolvidas e pesquisadas para aumentar a eficiência da remoção.

[004] No entanto, a parte de purificação do sistema continua autilizar métodos de excitação mecânica a fim de estimular fisicamente a nanopartícula em relação ao fluido a ser tratado a fim de que ocorra a natureza química da purificação. Esses métodos envolvem, normalmente, algumas partes móveis e, como com todas as partes móveis, as mesmas levam, eventualmente, a questões de manutenção contra o desgaste e o rasgo.

[005] É um objetivo da invenção fornecer um método e aparelhoalternativos para tratar um fluido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] De acordo com a invenção, fornece-se o aparelho para tratar um fluido, sendo que o aparelho compreende:

[007] uma câmara para reter um volume de fluido a ser tratado,sendo que o fluido contém partículas magnéticas e

[008] um gerador de campo magnético para criar um campomagnético não estático na câmara para, desse modo, induzir o movimento nas partículas magnéticas na câmara em uso.

[009] A câmara inclui, preferencialmente, uma entrada através daqual o fluido a ser tratado pode ser introduzido e uma saída através da qual o fluido tratado pode ser removido da câmara.

[0010] A câmara é preferencialmente construída de um materialnão magnético.

[0011] Por exemplo, a câmara pode compreender um materialplástico.

[0012] O gerador de campo magnético pode compreender umapluralidade de enrolamentos dispostos ao redor da câmara.

[0013] Por exemplo, a câmara pode ser cilíndrica e o gerador decampo magnético pode compreender dois ou mais conjuntos de enrolamentos dispostos concentricamente ao redor da câmara e dispostos para criar um campo magnético giratório na câmara.

[0014] Preferencialmente, os enrolamentos de cada conjunto deenrolamentos são dispostos em pares, sendo que os enrolamentos de cada par são diametricamente opostos entre si.

[0015] Em uma modalidade exemplificativa preferencial, o geradorde campo magnético compreende três pares de enrolamentos, sendo que cada par de enrolamentos é girado por 120° a partir do próximo conjunto de enrolamentos ao redor do centro do gerador de campo magnético.

[0016] A câmara pode ter um núcleo central associado de materialmagnético como ferro ou aço para guiar ou conformar o campo magnético.

[0017] O material magnético deve ser conformado para concentrar o campo magnético na câmara.

[0018] O aparelho pode incluir um gerador de campo magnéticoauxiliar que é disposto para gerar um campo magnético que interage com as partículas magnéticas para impulsioná-las no sentido da extremidade de entrada da câmara para impedir que as partículas sejam expelidas da câmara em uso.

[0019] Ademais, de acordo com a invenção, fornece-se um método para tratar um fluido, sendo que o método compreende:

[0020] introduzir um volume de fluido a ser tratado em uma câmara de tratamento junto com uma quantidade de partículas magnéticas que têm propriedades de tratamento desejadas e

[0021] gerar um campo magnético não estático na câmara parainduzir o movimento nas partículas magnéticas na câmara de tratamento para, desse modo, intensificar a interação das partículas magnéticas com o fluido a ser tratado.

[0022] Em uma modalidade, o campo magnético não estático é umcampo magnético giratório que induz o movimento giratório das partículas magnéticas na câmara de tratamento. As modalidades em que o movimento das partículas é diferente, por exemplo, linear ou oscilante, também são possíveis.

[0023] Em uma modalidade exemplificativa preferencial, o campomagnético giratório é gerado por três pares de enrolamentos conectados a um fornecimento de CA trifásica para que as respectivas correntes nos enrolamentos variem de maneira sinusoidal no tempo adequado e a corrente em cada par de enrolamentos é desviada por tempo por 120° em relação à corrente nos enrolamentos adjacentes.

[0024] As partículas magnéticas são preferencialmente nanopartí-culas que têm tanto propriedades magnéticas responsivas ao campo magnético não estático quanto propriedades químicas selecionadas para a interação com o fluido a ser tratado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] A Figura 1 é um diagrama esquemático no plano que mostra o esboço geral do aparelho para tratar um fluido de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0026] A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra o princípio da operação de um gerador de campo magnético do aparelho da Figura 1;

[0027] A Figura 3 é uma vista em perspectiva parcial de uma modalidade prática do aparelho da Figura 1;

[0028] A Figura 4 é uma vista plana do aparelho da Figura 3; e

[0029] A Figura 5 é um diagrama esquemático parcialmente recortado de uma modalidade alternativa de uma câmara de tratamento do aparelho.

DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE

[0030] A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra, no plano, a disposição geral do aparelho para tratar um fluido de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção.

[0031] Essencialmente, o aparelho compreende dois componentesprincipais: uma câmara de tratamento 10 e um gerador de campo magnético 12. Na modalidade ilustrada, a câmara de tratamento 10 é geralmente cilíndrica, com o gerador de campo magnético sendo disposto concentricamente ao redor da câmara. A construção de um protótipo do aparelho é descrita em mais detalhes abaixo com referência às Figuras 3 e 4.

[0032] Conforme pode ser visto a partir da Figura 1, o gerador decampo magnético compreende três pares de enrolamentos A - A', B - B' e C - C'. Os enrolamentos de cada par de enrolamentos são diametralmente opostos entre si, conforme ilustrado e cada par de enrolamentos é girado por 120° do próximo conjunto de enrolamentos ao redor do centro do gerador de campo magnético. No aparelho protótipo, esses enrolamentos compreendem os enrolamentos de estator de um motor de indução trifásico comercial.

[0033] Os três pares de enrolamentos são conectados a um fornecimento elétrico de CA trifásico. As respectivas correntes nos enrolamentos variam de maneira sinusoidal em tempo e a corrente em cada par de enrolamentos é desviada por tempo por 120° em relação à corrente nos enrolamentos adjacentes. A existência dessas correntes em três pares de bobinas dispostas 120° afastadas ao redor da circunferência de um círculo fará com que um campo magnético dentro do círculo, que parece girar, que é o princípio por trás da operação de um motor de indução. Isso se deve ao fato de que as correntes alternadas nos respectivos enrolamentos alcançam o pico em momentos diferentes, para que o campo magnético resultante pareça se mover no espaço através dos enrolamentos, sendo os próprios estacionários.

[0034] O diagrama esquemático da Figura 2 ilustra o princípioacima da operação.

[0035] Referindo-se, agora, às Figuras 3 e 4, um protótipo práticodo aparelho é mostrado. A Figura 3 é uma vista em perspectiva do aparelho, parcialmente recortada para mostrar a configuração da mesma. A Figura 4 é uma vista plana do aparelho da Figura 3.

[0036] O aparelho faz uso de um motor de indução trifásico convencional para fornecer o gerador de campo magnético do aparelho. Assim, o gerador de campo magnético 12 compreende o alojamento 14 do motor de indução e três pares de enrolamentos de estator 16 que são sustentados em um molde cilíndrico 18 dentro do alojamento 14. A câmara de tratamento 10 assume o lugar do rotor do motor de indução e tem um núcleo de aço cilíndrico 20 em seu centro que serve para orientar o campo magnético à medida que atravessa o espaço onde o rotor do motor de indução normalmente estaria.

[0037] A câmara de tratamento circunda o núcleo 20 e compreen- de placas de extremidade superior e inferior 22 e 24 e uma parede externa circunferencial 26, que define um volume anular entre o núcleo e a parede externa 26. As placas de extremidade superior e inferior e a parede externa são construídas a partir de materiais não magnéticos adequados. No aparelho protótipo, um material plástico claro foi usado para permitir a observação dos conteúdos da câmara.

[0038] Se um fluido a ser tratado que contém partículas com propriedades magnéticas for introduzido na câmara de tratamento 10, a operação do gerador de campo magnético causará o movimento geralmente giratório das partículas magnéticas na câmara de tratamento. Por exemplo, o fluido pode ser um líquido a ser tratado, como água que exige a purificação e as partículas são preferencialmente nanopar- tículas que têm propriedades magnéticas assim como características apropriadas para purificar a água.

[0039] Em um experimento que usa um motor de indução comquatro polos como a base para o gerador magnético, um fornecimento de CA de 50 Hz foi aplicado ao estator, originando um campo magnético giratório de 25 Hz na câmara de tratamento com um campo magnético de aproximadamente 0,15 T. As partículas magnéticas suspensas em líquido no interior da câmara de tratamento foram observadas movendo-se de uma maneira giratória ao redor da câmara de tratamento enquanto exibem, simultaneamente, o movimento de vórtice localizado complexo.

[0040] A Figura 5 mostra, esquematicamente, uma modalidadeexemplificativa de uma câmara de tratamento que forma parte do aparelho que opera nos princípios descritos acima. A câmara de tratamento 10 é geralmente cilíndrica, com uma parede externa cilíndrica 28, uma parede interna 30 coaxial com a parede externa e as paredes de extremidade opostas 32 e 34. Assim, a câmara de tratamento define um volume que é anular no plano. A câmara de tratamento é fornecida com uma entrada de fluido 36 próxima a uma parede de extremidade 34 da mesma e uma saída de fluido 38 próxima à parede de extremidade oposta 32. O fluido sobre pressão pode ser introduzido na câmara de tratamento por meio da entrada e se move ao redor da câmara com um movimento em redemoinho até que seja escapado por meio da saída.

[0041] A câmara de tratamento ilustrada pode formar parte de umainstalação para purificar líquidos, particularmente água, com o uso de nanopartículas que têm propriedades magnéticas assim como características apropriadas para purificar a água. A câmara de tratamento é circundada por um gerador de campo magnético, conforme descrita acima, a fim de gerar um campo magnético giratório dentro da câmara de tratamento. Preferencialmente, o campo magnético giratório gira no sentido oposto à rotação em redemoinho da água na câmara de reação. Isso intensifica o contato entre as nanopartículas e a água a ser tratada.

[0042] Para impedir que as nanopartículas sejam expelidas dacâmara de reação quando o aparelho estiver em uso, um gerador de campo magnético auxiliar 40 é disposto para gerar um campo magnético que interage com as nanopartículas para impulsioná-las em direção à extremidade de entrada da câmara de tratamento. O gerador de campo magnético auxiliar poderia ser um ímã permanente do formato e propriedades magnéticas adequadas ou um eletroímã adequado energizado por uma corrente contínua, por exemplo.

[0043] O aparelho descrito tem inúmeras vantagens. Em comparação com o aparelho que agira, fisicamente, um fluido a ser tratado, o aparelho descrito não exige partes móveis com as questões de manutenção e desgaste associadas. Uma vez que apenas as partículas magnéticas no fluido a ser tratado que precisam ser agitadas, em vez de o próprio fluido, o aparelho exige menos potência do que um apare- lho semelhante que busca, de outro modo, estimular o fluido. Adicionalmente, a excitação do fluido tenderá a causar um aumento na pressão no fluido devido ao esguicho ou outros movimentos de fluido relacionados que podem exigir uma câmara de tratamento reforçada, um problema que é evitado pela abordagem descrita.

[0044] Será observado que embora um gerador de campo magnético que cria um campo magnético giratório em uma câmara cilíndrica seja descrito, outras configurações da invenção são possíveis. Por exemplo, as disposições em que um movimento linear, oscilante ou reciprocante é conferido às partículas magnéticas são possíveis e várias câmaras de tratamento com formato diferente podem ser usadas.

Claims

1. Método de tratamento de um fluido, o método caracterizado pelo fato de que compreende:introduzir um volume de fluido a ser tratado em uma câmara de tratamento (10) junto com uma quantidade de partículas magnéticas, em que o fluido é introduzido sobre pressão por meio de uma entrada e se move ao redor da câmara de tratamento (10) com um movimento em redemoinho até que seja escapado por meio da saída; egerar um campo magnético giratório não estático no interior da câmara de tratamento (10) para induzir um movimento giratório nas partículas magnéticas no interior da câmara de tratamento (10) para, desse modo, intensificar a interação das partículas magnéticas com o fluido a ser tratado, em que o campo magnético giratório gira em um sentido oposto ao movimento em redemoinho do fluido na câmara de tratamento (10); eem que, para impedir que as partículas magnéticas sejam expelidas da câmara de tratamento (10) quando a câmara de tratamento (10) estiver em uso, um campo magnético auxiliar é gerado, o qual interage com as partículas magnéticas para impulsioná-las no sentido da extremidade de entrada da câmara de tratamento (10).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o campo magnético giratório é gerado por três pares de enrolamentos (16) conectados a um fornecimento de corrente alternada (CA) trifásica para que as respectivas correntes nos enrolamentos (16) variem de maneira sinusoidal no tempo e a corrente em cada par de enrolamentos (16) é desviada por tempo por 120° em relação à corrente nos enrolamentos (16) adjacentes.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas magnéticas são nanopartículas que têm propriedades magnéticas responsivas ao campo magnético giratório não estático, e propriedades químicas para o tratamento do fluido.