BR112017010297B1

BR112017010297B1 - Sistema de purificação de água e vaso cilíndrico

Info

Publication number: BR112017010297B1
Application number: BR112017010297-8A
Authority: BR
Inventors: Edwin E. Wilson
Original assignee: Cloudburst Solutions, Llc
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2022-12-06
Also published as: CN107001073A; RU2017119767A3; US11279630B2; RU2703632C2; US20160145122A1; US20200148555A1; EP3221267A1; IL252372A0; US11267725B2; SA517381570B1; MX2017006403A; AR102744A1; BR112017010297A2; WO2016081725A1; CA2968535C; CN107001073B; EP3221267A4; IL252372B; CA2968535A1; RU2017119767A

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema de purificação da água que inclui um tanque de água a alta temperatura, uma fonte de calor sem chama, um vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones), uma primeira bomba, um medidor da produção de vapor d'água, e um condensador de vapor d'água e um trocador de calor. A água contaminada é aquecida dentro do tanque de água a alta temperatura ao usar a fonte de calor sem chama. A água contaminada aquecida aquece o vaso cilíndrico e uma ou mais conjuntos de hidrociclones. A água contaminada aquecida é bombeada ao vaso cilíndrico de maneira tal que a água contaminada aquecida entra em uma entrada tangencial dos hi-drociclones, os hidrociclones separam a água contaminada aquecida em vapor d'água e sólidos/concentrado, o vapor d'água sai através de um fluxo superior dos hidrociclones e de uma primeira saída do vaso cilíndrico, da saída de sólidos/concentrado com um fluxo inferior dos hidrociclones e de uma segunda saída do vaso cilíndrico. O vapor d'água é condensado em água purificada ao usar o condensador de vapor d'água e o trocador de calor.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÂO

[001] A presente invenção refere-se de maneira geral ao campo de líquidos de aquecimento, e mais particularmente a um sistema e a um método para a purificação a água.

ATESTADO DE PESQUISA FINANCIADA PELO GOVERNO FEDERAL

[002] Nenhum.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Tal como descrito nas Patentes U.S. no. 7.866.380 e 7.959.814, uma das necessidades mais prementes por todo o mundo é a água potável. Um número indescritível de seres humanos morre a cada ano porque a água que consomem é contaminada. Em algumas áreas, as pessoas são forçadas a passar um bocado de tempo transportando manualmente a água de uma fonte distante a seus lares e vilas ao invés de correr o risco de beber a água não testada que pode estar próxima.

[004] Há muitos métodos de purificação da água. Um dos mais comuns é a osmose reversa (RO). Esse processo tem sido usado há muito tempo, mas tem seus inconvenientes. Embora os sistemas de RO possam ser baratos, há uma necessidade de manutenção contínua da substituição do filtro. Os filtros em sistemas de RO podem se tornar entupidos e/ou danificados pela exposição constante à fonte de água que está sendo purificada. O custo e a disponibilidade de filtros de substituição e do nível de capacidade para satisfazer essa necessidade de manutenção podem apresentar um problema.

[005] Um outro método de purificação da água inclui a adição de produtos químicos à água para matar patógenos. Em geral, aplicações químicas são usadas para as situações em que quantidades pequenas de água requerem a purificação. Embora eficaz quando concentrações apropriadas dos produtos químicos são usadas, é difícil medir sempre as quantidades apropriadas. Além disso, esse sistema de purificação não é focado nos problemas com metais pesados que podem estar presentes na água.

[006] A água fervente é uma outra maneira de matar os patógenos na água. Infelizmente, em muitas partes do mundo onde a água contaminada é um grande problema, a disponibilidade de materiais para aquecer a água, tal como a madeira, não existe.

[007] Em áreas ou indústrias particulares, a água quente e/ou o vapor podem ser necessários, mas pode ser crítico que nenhuma chama aberta seja usada para aquecer a água. Tal indústria é a indústria de serviços de campos de óleo. Em muitas regiões geográficas são encontrados reservatórios de óleo que contêm concentrações elevadas de parafina, um hidrocarboneto cristalino ceroso. Essa substância, embora seja comercialmente útil na manufatura de revestimentos, seladoras, velas, compostos de borracha, produtos farmacêuticos e cosméticos, pode apresentar um problema no que diz respeito à produção de óleo. A parafina suspensa em óleo cru tende a entupir as perfurações na coluna de produção de poço de óleo e desacelera o fluxo do óleo cru rumo à superfície.

[008] Várias tecnologias estão em uso há muitos anos para minimizar os efeitos prejudiciais da parafina. Entre esses é a injeção de água quente, vapor ou solventes químicos no poço para limpar as perfurações dos poços por meio da liquefação da parafina tanto mediante o aquecimento da mesma acima de seu ponto de fusão ou ao alterar quimicamente a sua composição. Embora sejam eficazes, todos estes têm suas deficiências.

[009] Quando o método de água quente é empregado, a água deve ser transportada até o local do poço e então aquecida em uma caldeira alimentada por GLP ou óleo diesel montada em um chassi de um caminhão ou um reboque. A disponibilidade da água no local do poço é um problema comum, e existem condições não seguras quando uma chama aberta, tais como aquelas usadas para aquecer a água ou o petróleo bruto nos tanques da caldeira, são posicionadas perto da cabeça do poço onde pode haver uma concentração elevada de gás natural na atmosfera.

[0010] O método de vapor envolve normalmente a construção de uma usina de força que utiliza o gás natural do campo para produzir a eletricidade e a canalização de vapor residual a várias cabeças de poço para a injeção. Embora isto elimine a chama aberta perto da cabeça de poço, pode envolver um grande investimento de capital que pode se tornar economicamente viável somente quando houver uma grande concentração de poços em uma área relativamente pequena. A canalização de vapor a poços circundantes isolados algumas vezes não é viável porque calor em demasia pode ser perdido antes que o vapor chegue aos poços. Isso pode fazer com que somente a água destilada seja aplicada à cabeça de poço.

[0011] O método de solvente químico posiciona um recipiente de solvente perto da cabeça de poço, e então injeta o mesmo furo abaixo com cada curso da unidade de bombeamento do poço. Embora esse método elimine chamas abertas perto da cabeça de poço e não requeira grandes investimentos de capital, aumenta um custo substancial à operação. Os produtos químicos são caros, os custos associados com o transporte e a manipulação de produtos químicos perigosos são caros, e a adição desses produtos químicos ao óleo cru torna o processo de refino mais caro.

[0012] Um outro problema que tem se tornado cada vez mais importante é o tratamento e/ou a eliminação da água produzida e da água de fratura dos poços de óleo e gás devido às grandes quantidades de água requeridas para a fratura hidráulica e problemas públicos em relação à contaminação da água potável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0013] A presente invenção provê um sistema e um método de purificação (para os padrões da água potável) de água contaminada, a qual inclui a água do mar, a água de fratura de campo de óleo, a água extraída de mina ácida, a água de esgoto, etc., mediante a utilização de um processo para efetuar a separação de sólidos suspensos através da força centrífuga e de uma mudança de fase para remover os sólidos dissolvidos. Esse processo também mata as bactérias e também remove os VOCs (compostos orgânicos voláteis). Nenhum filtro, membrana ou produto químico são requeridos.

[0014] Uma modalidade da presente invenção provê um sistema de purificação da água que inclui um tanque de água a alta temperatura, uma fonte de calor sem chama, um vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones), uma primeira bomba, um medidor de produção de vapor, e um condensador de vapor e um trocador de calor. O tanque de água a alta temperatura tem uma primeira entrada de água, uma segunda entrada de água, uma primeira saída de água e uma segunda saída de água. A fonte de calor sem chama tem uma entrada conectada à segunda saída de água do tanque de água a alta temperatura e uma saída conectada à segunda entrada de água do tanque de água a alta temperatura. O vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) é disposto dentro do tanque de água a alta temperatura, e tem uma câmara de fluxo superior, uma câmara de fluxo inferior, uma câmara de entrada disposta entre a câmara de fluxo superior e a câmara de fluxo inferior, uma primeira saída conectada à câmara de fluxo superior, uma entrada conectada à câmara de entrada, e uma segunda saída conectada à câmara de fluxo inferior. Um ou mais conjuntos de hidrociclones são dispostos dentro do vaso cilíndrico. Os hidrociclones dentro de cada conjunto de hidrociclones são arranjados em uma configuração paralela, e cada hidrociclone tem uma entrada tangencial disposta dentro da câmara de entrada do vaso cilíndrico, um fluxo superior disposto dentro da câmara de fluxo superior do vaso cilíndrico e um fluxo inferior disposto dentro da câmara de fluxo inferior do vaso cilíndrico. A primeira bomba é conectada à primeira saída do tanque de água a alta temperatura e à entrada do vaso cilíndrico. O medidor de produção de vapor é conectado à primeira saída do vaso cilíndrico. O condensador de vapor e o trocador de calor têm uma entrada de vapor e uma saída de água purificada, em que a entrada de vapor é conectada ao medidor de produção de vapor.

[0015] Uma outra modalidade da presente invenção provê um sistema de purificação da água que inclui uma fonte de água contaminada, um separador de óleo/sólidos, uma terceira bomba, um tanque de água a baixa temperatura, um motor, um trocador de calor, uma quinta bomba, um tanque de água a alta temperatura, uma segunda bomba, uma fonte de calor sem chama, uma válvula de absorção de calor, um vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones), uma primeira bomba, um dissipador de vapor, um medidor de produção de vapor, um condensador de vapor e um trocador de calor, e uma quarta bomba. A terceira bomba é conectada à fonte de água contaminada e ao separador de óleo/sólidos. O tanque de água a baixa temperatura tem um separador de líquido/gás, uma primeira entrada conectada ao separador de óleo/sólidos, uma segunda entrada, uma terceira entrada, uma quarta entrada, uma primeira saída de água, uma segunda saída de água, uma terceira saída de água e uma saída de gás. O motor tem uma entrada de combustível conectada a um tanque de combustível e à saída de gás do tanque de água a baixa temperatura, e um exaustor conectado à segunda entrada do tanque de água a baixa temperatura. O trocador de calor é conectado termicamente ao motor para refrigerar o motor, e tem uma entrada de água e uma saída de água conectadas à terceira entrada do tanque de água a baixa temperatura. A quinta bomba é conectada à terceira saída de água do tanque de água a baixa temperatura e à entrada de água do trocador de calor. O tanque de água a alta temperatura tem uma primeira entrada de água, uma segunda entrada de água, uma primeira saída de água e uma segunda saída de água. A segunda bomba é conectada à primeira saída de água do tanque de água a baixa temperatura e à primeira entrada do tanque de água a alta temperatura. A fonte de calor sem chama tem uma entrada conectada à segunda saída de água do tanque de água a alta temperatura e a uma saída conectada à segunda entrada de água do tanque de água a alta temperatura. A válvula de absorção de calor é conectada entre a fonte de calor sem chama e o tanque de água a baixa temperatura. O vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) é disposto dentro do tanque de água a alta temperatura, e tem uma câmara de fluxo superior, uma câmara de fluxo inferior, uma câmara de entrada disposta entre a câmara de fluxo superior e a câmara de fluxo inferior, uma primeira saída conectada à câmara de fluxo superior, uma entrada conectada à câmara de entrada, e uma segunda saída conectada à câmara de fluxo inferior. Um ou mais conjuntos de hidrociclones são dispostos dentro do vaso cilíndrico. Os hidrociclones dentro de cada conjunto de hidrociclones são arranjados em uma configuração paralela, e cada hidrociclone tem uma entrada tangencial disposta dentro da câmara de entrada do vaso cilíndrico, um fluxo superior disposto dentro da câmara de fluxo superior do vaso cilíndrico e um fluxo inferior disposto dentro da câmara de fluxo inferior do vaso cilíndrico. A primeira bomba é conectada à primeira saída do tanque de água a alta temperatura e à entrada do vaso cilíndrico. O dissipador de vapor é conectado à primeira saída do vaso cilíndrico e à quarta entrada de água do tanque de água a baixa temperatura. O medidor de produção de vapor é conectado ao dissipador de vapor. O condensador de vapor e o trocador de calor têm uma entrada de vapor, uma saída de água purificada, uma entrada de água e uma saída de água, em que a entrada de vapor é conectada ao medidor de produção de vapor, e a saída de água é conectada à segunda entrada do tanque de água a baixa temperatura. A quarta bomba é conectada à segunda saída de água do tanque de água a baixa temperatura e à entrada de água do condensador ou do trocador de calor.

[0016] Ainda uma outra modalidade da presente invenção provê um método de purificação de água contaminada. A água contaminada é aquecida dentro de um tanque de água a alta temperatura ao usar uma fonte de calor sem chama, em que a água contaminada aquecida aquece um vaso cilíndrico e um ou mais conjuntos de hidrociclones. A água contaminada aquecida é bombeada em uma entrada do vaso cilíndrico de maneira tal que a água contaminada aquecida entra em uma entrada tangencial dos hidrociclones, os hidrociclones separam a água contaminada aquecida em vapor e sólidos/concentrado, o vapor sai através de um fluxo superior dos hidrociclones e de uma primeira saída do vaso cilíndrico, os sólidos e o concentrado saem através de um fluxo inferior dos hidrociclones e de uma segunda saída do vaso cilíndrico. O vapor é condensado em água purificada ao usar um condensador de vapor e um trocador de calor. A água contaminada aquecida é mantida dentro do tanque de água a alta temperatura dentro de uma faixa de temperatura específica ao usar um controlador.

[0017] Ainda uma outra modalidade da presente invenção provê um método de purificação de água contaminada. A água contaminada é pré-aquecida em um tanque de água a baixa temperatura mediante: (1) o bombeamento da água contaminada do tanque de água a baixa temperatura a uma entrada de água de um condensador de vapor e um trocador de calor onde um primeiro calor de um vapor é transferido à água contaminada, e (2) o bombeamento da água contaminada do tanque de água a baixa temperatura a uma entrada de um trocador de calor acoplado termicamente a um motor onde um segundo calor do motor é transferido à água contaminada. A água contaminada pré- aquecida é aquecida ainda mais e os gases voláteis do motor são presos com a mistura da água contaminada pré-aquecida de uma saída de água do condensador de vapor e do trocador de calor com os gases de exaustão do exaustor do motor. Os gases voláteis presos são separados da água contaminada pré-aquecida ao usar um separador de líquido/gás dentro do tanque de água a baixa temperatura. Os gases voláteis separados são misturados com um combustível e os gases voláteis separados e o combustível são queimados no motor. A água contaminada pré-aquecida é bombeada do tanque de água a baixa temperatura a um tanque de água a alta temperatura. A água contaminada é aquecida dentro de um tanque de água a alta temperatura ao usar uma fonte de calor sem chama, em que a água contaminada aquecida aquece um vaso cilíndrico e um ou mais conjuntos de hidrociclones. A água contaminada aquecida é bombeada em uma entrada do vaso cilíndrico de maneira tal que a água contaminada aquecida entra em uma entrada tangencial dos hidrociclones, os hidrociclones separam a água contaminada aquecida no vapor e sólidos/concentrado, o vapor sai através de um fluxo superior dos hidrociclones e de uma primeira saída do vaso cilíndrico, os sólidos e o concentrado saem através de um fluxo inferior dos hidrociclones e de uma segunda saída do vaso cilíndrico. O vapor é condensado em água purificada ao usar um condensador de vapor e um trocador de calor. A água contaminada aquecida é mantida dentro do tanque de água a alta temperatura dentro de uma faixa de temperatura específica ao usar um controlador.

[0018] Outras vantagens técnicas serão prontamente aparentes a um elemento versado na técnica a partir das figuras, descrições e reivindicações a seguir. Além disso, embora vantagens específicas tenham sido enumeradas acima, várias modalidades podem incluir todas, algumas ou nenhuma das vantagens enumeradas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0019] As vantagens acima e outras ainda da invenção podem ser mais bem compreendidas mediante referência à descrição a seguir em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de purificação da água de acordo com uma modalidade da presente invenção; figura 5 A a 2E são diagramas de um vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) de acordo com uma modalidade da presente invenção; figura 6 é um fluxograma que mostra um método para a purificação da água de acordo com uma modalidade da presente invenção; figura 7 é um fluxograma de um método para a purificação da água de acordo com uma outra modalidade da presente invenção; figura 8 é um diagrama de blocos de um sistema de purificação de água de acordo com uma outra modalidade da presente invenção; e as figuras 6A e 6B são um fluxograma que mostra um método para a purificação da água de acordo com uma outra modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0020] Enquanto a fabricação e o uso de várias modalidades da presente invenção serão discutidos em detalhes a seguir, deve ser apreciado que a presente invenção provê muitos conceitos inventivos aplicáveis que podem ser englobados em uma ampla variedade de contextos específicos. As modalidades específicas discutidas no presente documento são meramente ilustrativas de maneiras específicas para elaborar e usar a invenção e não de limitam o âmbito da invenção. A discussão no presente documento refere-se primeiramente à purificação de água contaminada (isto é, qualquer água que não é apropriada para o consumo humano), mas deve ser compreendido que os conceitos da presente invenção são aplicáveis a qualquer sistema e método para o tratamento de líquidos.

[0021] A presente invenção provê um sistema e um método de purificação (para os padrões de água potável) de água contaminada, incluindo a água do mar, a água de fratura de campo de óleo, a água extraída de mina ácida, a água do esgoto, etc., mediante a utilização de um processo para efetuar a separação de sólidos suspensos através da força centrífuga e de uma mudança de fase para remover os sólidos dissolvidos. Esse processo também pode matar bactérias bem como remover os VOCs (compostos orgânicos voláteis). Nenhum filtro, membrana ou produto químico são requeridos.

[0022] A água a ser processada é pré-aquecida para o processo por qualquer número de maneiras, incluindo o método sem chama descrito na Patente U.S. no. 7.866.380 B2 (concedida em 11 de janeiro de 2011) "Sistema e Método para a Produção e Água Quente sem uma Chama" e na Patente U.S. no. 7.959.814 B2 (concedida em 14 de junho de 2011) "Sistema e Método para a Produção de Água Quente sem uma Chama", as quais são incorporadas no presente documento a título de referência em sua totalidade. Outros métodos incluem o calor residual de processo geotérmico industrial ou usina de força. Virtualmente qualquer forma de calor residual pode ser utilizada.

[0023] Essa água pré-aquecida é introduzida em um tanque de processo sem respiro de alta pressão (por exemplo, 400 psi) e alta temperatura (até 148,889°C (300°F)). A temperatura dessa água é variável dependendo da sua química (ponto de ebulição). Em operação, a água é retirada continuamente desse tanque por uma bomba de pressão média (por exemplo, 100 psi) que aplica energia cinética à água quente (a água contém energia calórica, mas é mantida como um líquido sob pressão).

[0024] O fluxo de água é introduzido em um "ninho" de hidrociclones que são aquecidos até a temperatura da água de entrada ao ser submerso no tanque sem respiro. Os hidrociclones são arranjados funcionalmente tanto em paralelo quanto em série. A água aquecida entra tangencialmente no primeiro "grupo" de hidrociclones que são distribuídos em um arranjo paralelo. Orifícios individuais aumentam a velocidade da água, criando forças de até de 100 g. Essas forças conduzem os sólidos a um fluxo laminar da água na parte externa do hidrociclone. Os sólidos dissolvidos também são forçados para a parte externa, criando uma água mais fresca (com um ponto de ebulição mais baixo) e uma área de baixa pressão (efeito de furacão) no centro. A água (ainda líquida) segue o seu caminho até o hidrociclone onde, perto do fundo, a sua velocidade vertical para. Nesse ponto, a água pode vaporizar como vapor e sair através de um tubo de vórtice para uma caixa de vapor onde a saída de vapor de todos os hidrociclones pode ser coletada.

[0025] Embora os hidrociclones sejam aquecidos até a temperatura do processo (devido ao calor da evaporação da água) toda a água não é totalmente vaporizada como vapor. Essa água, agora mais concentrada e com um ponto de ebulição mais elevado, é dirigida em série a um outro grupo paralelo de hidrociclones onde o processo é repetido. Isso é continuado por todo o "ninho" de hidrociclones até que a quantidade máxima de água esteja vaporizada como vapor e ainda permitindo a fluidez do concentrado. Dentro do "ninho" de hidrociclones, hidrociclones individuais podem ser instalados ou plugados para mudar a capacidade do processo de acomodar concentrações variadas de sólidos suspensos e dissolvidos.

[0026] A entalpia do vapor coletado na caixa de vapor é calculada (e no caso em que a água é aquecida total ou parcialmente pela fonte de calor sem chama (por exemplo, um gerador de calor dinâmico)) a sua absorção é variada, suprindo apenas energia suficiente para facilitar o processo. Desse modo, otimizando as eficiências. O vapor é coletado e o calor da condensação é recuperado, criando a água destilada e aumentando toda a eficiência do processo. Em alguns casos essa água destilada está realmente muito limpa para o seu uso pretendido. Nesses casos a água aquecida (com as bactérias mortas) pode ser misturada com água destilada para prover uma água com o nível desejado do teor de mineral e aumenta a capacidade total de produção de água do processo.

[0027] Várias modalidades da presente invenção serão descritas agora em mais detalhes.

[0028] Agora com relação à figura 1, é mostrado um diagrama de blocos de um sistema de purificação de água 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema de purificação de água 100 inclui um tanque de água a alta temperatura 102, uma fonte de calor sem chama 112, um vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118, uma primeira bomba 148, um medidor de produção de vapor 150, e um condensador de vapor e um trocador de calor 152. O tanque de água a alta temperatura 102 tem uma primeira entrada de água 104, uma segunda entrada de água 106, uma primeira saída de água 108 e uma segunda saída de água 110. A fonte de calor sem chama 112 tem uma entrada 114 conectada à segunda saída de água 110 do tanque de água a alta temperatura 102 e a uma saída 116 conectada à segunda entrada de água 106 do tanque de água a alta temperatura 102. A fonte de calor sem chama 112 pode ser um gerador de calor dinâmico, um gerador de Tesla, uma fonte geotérmica, uma fonte de calor de processo industrial, uma fonte de calor residual de usina de força, ou uma combinação destes. Um gerador de Tesla é uma combinação de uma turbina de Tesla e de uma bomba de Tesla. Um líquido é bombeado, sob pressão, no centro do conjunto de placas (similar à injeção de vapor sob pressão tal como na turbina de Tesla) onde a metade das placas é girada por um motor principal (mecanismo, motor elétrico, moinho de vento, ou basicamente qualquer coisa que gira) e a outra metade das placas é mantida estacionária (tal como na bomba de Tesla). O gerador de Tesla aquece todo o líquido introduzido entre as placas.

[0029] Um controlador 158 pode ser conectado ao medidor de produção de vapor 150 e à fonte de calor sem chama 112 para manter a água contaminada dentro do tanque de água a alta temperatura 102 dentro de uma faixa de temperatura específica com base em dados do medidor de produção de vapor 150 ou outros sensores. O controlador 158 também pode ser conectado a outros sensores dentro do sistema 100 e/ou dispositivos previamente descritos no sistema 100. Por exemplo, a temperatura específica pode ser controlada mediante o ajuste de uma vazão da água através da fonte de calor sem chama 112. A temperatura específica também pode ser controlada mediante o ajuste de uma válvula de absorção conectada entre a fonte de calor sem chama 112 e o tanque de água a baixa temperatura 102.

[0030] O gerador de calor dinâmico pode ser similar ou idêntico aos dispositivos fornecidos pela Island City, LLC ou pela Twin Discs, Incorporated, e inclui tipicamente um invólucro estacionário que tem uma entrada, uma saída, e um primeiro conjunto de aletas radiais dentro do invólucro estacionário, e um rotor disposto dentro do invólucro estacionário que tem um segundo conjunto de aletas radiais. Em modalidades particulares, o gerador de calor dinâmico tem cerca de doze polegadas de diâmetro e seis polegadas de largura. Essas dimensões irão variar dependendo do rendimento desejado. Em algumas modalidades, ele é feito de alumínio, embora possa ser construído de outros materiais em outras modalidades. O gerador de calor dinâmico pode consistir em somente duas partes moveis. O funcionamento de um motor em torno de 1.800 rpm gira o gerador de calor dinâmico, o que faz com que as rodas internas girem e comprimam as moléculas de água que fluem através das mesmas, causando desse modo um atrito que produz o calor. A fonte de energia para o sistema pode ser um mecanismo ou um motor elétrico. A temperatura específica pode ser maior do que ou igual a 212 graus Fahrenheit (100 graus Celsius), maior do que uma temperatura requerida para matar os patógenos dentro da água, maior do que ou do igual a 250 graus Fahrenheit (121 graus Celsius), maior do que ou igual a 300 graus Fahrenheit (148 graus Celsius), maior do que ou igual a uma temperatura requerida para dessalinizar a água salgada, maior do que ou o igual a uma temperatura requerida para derreter a parafina, maior do que ou o igual a uma temperatura requerida para criar vapor, ou qualquer outra temperatura desejada.

[0031] O vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118 é disposto dentro do tanque de água a alta temperatura 102. A primeira bomba 148 é conectada à primeira saída 108 do tanque de água a alta temperatura 102 e à entrada 130 do vaso cilíndrico 118. O medidor de produção de vapor 150 é conectado à primeira saída 122 do vaso cilíndrico 118. O condensador de vapor e o trocador de calor 152 têm uma entrada de vapor 154 conectada ao medidor de produção de vapor 150 e uma saída de água purificada 156.

[0032] Com relação agora às figuras 2A a 2E, é mostrado um exemplo não limitador do vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118. O vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118 tem uma câmara de fluxo superior 120 com uma primeira saída 122, uma câmara de fluxo inferior 124 com uma segunda saída 126, uma câmara de entrada 128 com uma entrada 130 disposta entre a câmara de fluxo superior 120 e a câmara de fluxo inferior 124. Um ou mais conjuntos ou estágios de hidrociclones 138 (vide a seguir) são dispostos dentro do vaso cilíndrico 118. Os hidrociclones 140 dentro de cada conjunto de hidrociclones 138 são arranjados em uma configuração paralela. Cada hidrociclone 140 tem uma entrada tangencial 142 disposta dentro da câmara de entrada 128 do vaso cilíndrico 118, um fluxo superior 144 disposto dentro da câmara de fluxo superior 120 do vaso cilíndrico 118 e um fluxo inferior 146 disposto dentro da câmara de fluxo inferior 124 do vaso cilíndrico 118.

[0033] A vista em seção transversal A-A (figura 2B) mostra um topo do vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118 e a placa superior 202. A vista em seção transversal B-B (figura 2C) mostra um fundo da câmara de fluxo superior 120 e da placa superior 204, que é o acessório de retenção do topo do hidrociclone que é removido para a limpeza da câmara de entrada 128. A vista em seção transversal C-C (figura 2D) mostra um topo da câmara de entrada 128 e uma vista expandida dos estágios internos 138i, 138j e 138k em uma escala de 1,5:1 para mostrar furos do hidrociclone sobressalentes com as placas de tampa removíveis 204 (tal como mostrado, há seis (6) delas). Os conjuntos ou estágios de hidrociclones 138a a 138k, que compreendem um primeiro conjunto de hidrociclone 138a, pelo menos um conjunto intermediário de hidrociclone 138b-138j, e um conjunto final de hidrociclone 138k, são definidos por divisores, barreiras ou anéis 206 que fazem com que os hidrociclones 140 dentro de um conjunto ou um estágio específico de hidrociclones 138 operem em paralelo (vide também a figura 2E). As canaletas ou passagens 208 dirigem o fluxo de água contaminada 160 da saída de um conjunto ou um estágio anterior de hidrociclones para a entrada de um conjunto ou um estágio seguinte de hidrociclones, fazendo desse modo com que os conjuntos ou estágios de hidrociclones operem em série. As setas ilustram o fluxo da água contaminada 160 através de um ou mais ajustes ou estágios de hidrociclones 138a a 138k. Deve ser observado que muitas configurações diferentes podem ser usadas. Por exemplo, se somente um conjunto ou estágio de hidrociclones 138 for usado, todos os hidrociclones 140 mostrados devem operar em paralelo. Alternativamente, cada círculo concêntrico pode ser configurado para operar como um conjunto ou estágio de hidrociclones 138 em que os hidrociclones 140 mostrados devem operar como cinco (5) conjuntos ou estágios. A vista em seção transversal D-D (figura 2E) mostra um topo da câmara de fluxo inferior 124. O tempo para cada estágio através do divisor é avançado ligeiramente a partir da câmara de entrada superior 128 (vide a figura 2E). Todas as dimensões mostradas nas figuras ou descritas no presente documento são meramente exemplos da modalidade mostrada. Outras dimensões podem ser usadas. Do mesmo modo, outros tipos de ninhos ou sistemas de hidrociclones podem ser usados.

[0034] Agora com relação às figuras 1 e 2A a 2E, a água contaminada 160, que pode ser a água do mar, a água salgada, a água residual, a água de esgoto, a água de extração, a água de drenagem da chuva, a água produzida, a água de fratura, a água do reator, a água do resfriador, a água de poço ou qualquer outro tipo de líquido à base de água, é bombeada na primeira entrada de água 104 do tanque de água a alta temperatura 102. A fonte de calor sem chama 112 aquece a água contaminada dentro do tanque de água a alta temperatura 102. O vaso cilíndrico 118 é aquecido pela água contaminada aquecida dentro do tanque de água a alta temperatura 102. A primeira bomba 148 bombeia a água contaminada aquecida na entrada 130 do vaso cilíndrico 118 de maneira tal que a água contaminada aquecida entra nas entradas tangenciais 142 dos hidrociclones 140. Os hidrociclones 140 separam a água contaminada aquecida em vapor 162 e sólidos e concentrado 164. O vapor 162 sai através do fluxo superior 144 dos hidrociclones 140 e da primeira saída 122 do vaso cilíndrico 118. Os sólidos e concentrado 164 saem através do fluxo inferior 146 dos hidrociclones 140 e da segunda saída 126 do vaso cilíndrico 118.O condensador de vapor e o trocador de calor 152 convertem o vapor 162 em água purificada 166. Um dissipador de vapor 168 conectado entre a primeira saída 122 do vaso cilíndrico 118 e o medidor de produção de vapor 150 pode ser usado para coalescer e remover as gotas contaminadas da água do vapor 162. Além disso, água limpa pode ser adicionada à água purificada 166 se a água destilada não for desejada.

[0035] Em uma modalidade, os hidrociclones 140 são arranjados de modo que as suas entradas tangenciais 142 ficam em paralela dentro de cada estágio. Cada estágio fica em série com os estágios que o precedem e seguem. O estágio final é esvaziado por um edutor 170 conectado à segunda saída 126 do vaso cilíndrico 118, o que cria um vácuo e carrega pneumaticamente a água residual ou os sólidos para serem eliminados.

[0036] Em uma outra modalidade, os estágios são arranjados em círculos concêntricos com o número maior de estágios (e hidrociclones) contidos nos círculos externos, sendo reduzidos em seus números para o centro. Com o controle cuidadoso do fluxo de calor da água na camisa de água que circunda o "ninho" de hidrociclones, o processo pode vaporizar mais ou menos água, tal como necessário pela aplicação, enquanto esteriliza a água não vaporizada e minimiza os sólidos e suspensão.

[0037] Agora com relação à figura 3, é mostrado um fluxograma de um método para a purificação de água 300 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Um sistema de purificação da água é provido no bloco 302, tal como descrito nas figuras 1, 2 4 e 5 ou um outro sistema apropriado. A água contaminada dentro do tanque de água a alta temperatura é aquecida ao usar uma fonte de calor sem chama no bloco 304, em que a água contaminada aquecida aquece o vaso cilíndrico e um ou mais conjuntos de hidrociclones. A água contaminada aquecida é bombeada na entrada do vaso cilíndrico no bloco 306 de maneira tal que a água contaminada aquecida entra nas entradas tangenciais dos hidrociclones, os hidrociclones separam a água contaminada aquecida em vapor e sólidos/concentrado, o vapor sai através do fluxo superior dos hidrociclones e da primeira saída do vaso cilíndrico, e os sólidos e o concentrado saem através do fluxo inferior dos hidrociclones e da segunda saída do vaso cilíndrico. O vapor é condensado em água purificada ao usar o condensador de vapor e o trocador de calor no bloco 308. A água contaminada dentro do tanque de água a alta temperatura é mantida dentro de uma faixa de temperatura específica ao usar o controlador no bloco 310.Opcionalmente, as gotas de água contaminadas podem ser coalescidas e removidas do vapor ao usar um dissipador de vapor conectado entre a primeira saída do vaso cilíndrico e o medidor de produção de vapor no bloco 312.

[0038] O processo descrito acima é um de "efluência" contínua (uma vez que a estabilização da temperatura tenha sido obtida), a presente invenção também pode ser programada para permitir o processamento "de bateladas". Esta pode ser uma característica muito importante quando a água residual a ser processada tem mais de um componente que tem que ser removido e separado. Os exemplos incluem, mas sem ficar a elas limitados, a água de extração de mina e a água de enxague de eletrodeposição. Em ambos os casos a água contém ácidos e metais pesados. Em operação, a "batelada" é processada a uma temperatura que permite que um componente "ferva" enquanto deixa os componentes restantes no fluxo de saída de água residual. Esse fluxo de saída transforma-se no fluxo de entrada para a nova "batelada". A temperatura do processo é alterada para permitir que um outro componente "ferva". Esse processo pode ocorrer tantas como vezes quantas forem necessárias e o único requisito é que os vários componentes tenham ponto de ebulição diferentes.

[0039] Com relação agora à FIGURA 4, é mostrado um fluxograma do processo de um método para a purificação de água 400 de acordo com uma outra modalidade da presente invenção. Uma terceira bomba de água 404 bombeia a água contaminada de uma fonte da água contaminada 402 através de um separador de óleo/sólidos 406 (por exemplo, um hidrociclone), que remove o óleo e os sólidos da água contaminada, e para um tanque de água a baixa temperatura 408. Uma quinta bomba de água 410 bombeia a água através da camisa de água do motor e acessórios do trocador de calor 412. O calor da camisa do motor 414 e dos acessórios é transferido à água da camisa do motor e aos acessórios do trocador de calor 412. A água aquecida flui então de volta ao tanque de água a baixa temperatura 408. O gás volátil dissolvido na água do lado esquerdo do defletor 415 que separa o tanque de água de baixa temperatura 408 é vaporizado e introduzido na entrada do motor 416 e é queimado junto com o combustível.

[0040] A quarta bomba de água 418 bombeia a água do lado direito do defletor 415 no tanque de água a baixa temperatura 408 para o trocador de calor de recuperação de calor de vapor 152. A água aquecida flui então do trocador de calor de recuperação de calor de vapor 152 para o exaustor de motor 420 onde é misturada com os gases de exaustão quentes e os dois fluem em conjunto, trocando o calor, de volta ao tanque de água a baixa temperatura 408. Os gases de exaustão resfriados fluem agora para fora do tanque de água a baixa temperatura 408 através de um respiro 422 rumo à atmosfera.

[0041] A segunda bomba de água 424 bombeia a água do tanque de água a baixa temperatura 408 no tanque de água a alta temperatura 102. Uma fonte de calor sem chama 112, tal como um gerador de calor dinâmico, bombeia e aquece a água do tanque de água a alta temperatura 102. Uma válvula de absorção 426 ajusta a pressão, ao desviar uma parte do fluxo de dentro da fonte de calor sem chama 112 para mudar a quantidade de calor gerada e fluindo para o tanque de água a alta temperatura 102.

[0042] A primeira bomba de água 148 bombeia a água do tanque de água a alta temperatura 102 no "ninho" de hidrociclones 118 que é montado fisicamente no tanque de água a alta temperatura 102. A válvula de temperatura 428 permite que a água circule da primeira bomba de água 148 através de um orifício ajustável 430, o que cria uma queda de pressão, e para o tanque de água a alta temperatura 102 até que a temperatura da água requerida seja atingida.

[0043] A água a alta temperatura entra no "ninho" de hidrociclones aquecido 118 sob pressão e entra no primeiro estágio de hidrociclones aquecidos. Ao fluir tangencialmente para cada hidrociclone aquecido 140, a energia cinética da água cria forças "G". Essas forças "G" fazem com que o fluxo de água seja laminado, forçando os sólidos suspensos e dissolvidos com massa para a parte externa, o que cria uma área de baixa pressão no interior do hidrociclone aquecido 140.A velocidade vertical leva esse fluxo para o fundo de cada hidrociclone aquecido 140 onde a água pode então ser vaporizada. A água concentrada que não é vaporizada como vapor pode fluir para o segundo estágio de hidrociclones aquecido. Esse processo continua até os estágios adicionais até que a conversão desejada da água em vapor seja obtida. A água concentrada junto com os sólidos suspensos flui do último estágio e rumo ao tanque de concentrado 432.

[0044] O vapor é combinado de todos os estágios do hidrociclone no "ninho" de hidrociclones aquecido 118 e flui através de um dissipador de vapor 168 onde as gotas de água contaminada são coalescidas e removidas do vapor, o vapor flui para o medidor de produção de vapor 150. O medidor de produção de vapor 150 mede o fluxo, a temperatura e a pressão do vapor. Um algoritmo embutido (controlador) calcula a quantidade de energia calórica no vapor e modula a válvula de absorção 424 para assegurar que a produção de vapor seja otimizada. O vapor flui do medidor de produção de vapor 150 para o trocador de calor de recuperação de calor de vapor 152 onde o calor é removido do vapor, transformando o mesmo em água e aquecendo a água que flui do tanque de água a baixa temperatura 408 e rumo ao exaustor de motor 420. A água condensada do trocador de calor de recuperação de calor de vapor 152 flui através do medidor da transferência de depósito de água onde é vendida ao consumidor e armazenada no tanque de água fresca 436.

[0045] Agora com relação à figura 5, é mostrado um diagrama de blocos de um sistema de purificação de água 500 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema de purificação de água inclui uma fonte da água contaminada 402, um separador de óleo/sólidos 406, uma terceira bomba 404, um tanque de água a baixa temperatura 408, um motor 414, um trocador de calor 412, uma quinta bomba 410, um tanque de água a alta temperatura 102, uma segunda bomba 424, uma fonte de calor sem chama 112, uma válvula de absorção de calor 426, um vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118, uma primeira bomba 148, um dissipador de vapor 168, um medidor de produção de vapor 150, um condensador de vapor e um trocador de calor 152, e uma quarta bomba 418. A água contaminada pode ser a água do mar, água salgada, a água residual, a água do esgoto, a água de extração, a água de drenagem da chuva, a água produzida, a água de fratura, a água do reator, a água do resfriador, a água do poço ou qualquer outro tipo de líquido à base de água. A terceira bomba 404 é conectada à fonte de água contaminada 402 e ao separador de óleo/sólidos 406. O tanque de água a baixa temperatura 408 tem um separador 502, uma primeira entrada 504 conectada ao separador de óleo/sólidos 406, uma segunda entrada 508, uma terceira entrada 514, uma quarta entrada 530, uma primeira saída de água 518, uma segunda saída de água 534, uma terceira saída de água 516, uma saída de gás 506 e um respiro de líquido/gás 422 que permite que os gases de exaustão resfriados fluam para fora do tanque de água a baixa temperatura 408 rumo à atmosfera.

[0046] O motor 414 tem uma entrada de combustível 416 conectada a um tanque de combustível 504 e a saída de gás 506 do tanque de água a baixa temperatura 408, e um exaustor 420 conectado à segunda entrada 508 do tanque de água a baixa temperatura 408. O trocador de calor 412 é conectado termicamente ao motor 414 para refrigerar o motor 414, e tem uma entrada de água 510 e uma saída de água 512 conectadas à terceira entrada 514 do tanque de água a baixa temperatura 408. A quinta bomba 410 é conectada à terceira saída de água 516 do tanque de água a baixa temperatura 408 e à entrada de água 510 do trocador de calor 412.

[0047] O tanque de água a alta temperatura 102 tem uma primeira entrada de água 520, uma segunda entrada de água 528, uma terceira entrada de água 538, uma primeira saída de água 108 e uma segunda saída de água 524. A segunda bomba 424 é conectada à primeira saída de água 518 do tanque de água a baixa temperatura 408 e à primeira entrada 520 do tanque de água a alta temperatura 102. A fonte de calor sem chama 112 tem uma entrada 522 conectada à segunda saída de água 524 do tanque de água a alta temperatura 102 e uma saída 526 conectada à segunda entrada de água 528 do tanque de água a alta temperatura 102. A fonte de calor sem chama 112 pode ser um gerador de calor dinâmico, um gerador de Tesla, uma fonte geotérmica, uma fonte de calor do processo industrial, uma fonte de calor residual de usina de força, ou uma combinação destes. Um gerador de Tesla é uma combinação de uma turbina de Tesla e de uma bomba de Tesla. Um líquido é bombeado, sob pressão, no centro do conjunto de placas (similar à injeção de vapor sob pressão tal como na turbina de Tesla) onde a metade das placas é girada por um motor principal (mecanismo, motor elétrico, moinho de vento, ou basicamente qualquer coisa que gira) e a outra metade das placas é mantida estacionária (tal como na bomba de Tesla). O gerador de Tesla aquece todo o líquido introduzido entre as placas. A válvula de absorção de calor 426 é conectada entre a fonte de calor sem chama 112 e o tanque de água a baixa temperatura 408.

[0048] Um controlador 158 pode ser conectado ao medidor de produção de vapor 150 e à fonte de calor sem chama 112 ou à válvula de absorção de calor 426 ou a ambas a fonte de calor sem chama 112 e a válvula de absorção de calor 426 para manter a água contaminada dentro do tanque de água a alta temperatura 102 dentro de uma temperatura específica baseada em dados dos sensores do medidor de produção de vapor 150 ou outros medidores. O controlador 158 também pode ser conectado a outros sensores dentro do sistema 100 e/ou dispositivos previamente descritos no sistema 100. Por exemplo, a temperatura específica pode ser controlada mediante o ajuste de uma vazão da água através da fonte de calor sem chama 112. A temperatura específica também pode ser controlada mediante o ajuste de uma válvula de absorção conectada entre a fonte de calor sem chama 112 e o tanque de água a baixa temperatura 102.

[0049] O gerador de calor dinâmico pode ser similar ou idêntico aos dispositivos fornecidos pela Island City, LLC e inclui tipicamente um invólucro estacionário que tem uma entrada, uma saída, e um primeiro conjunto de aletas radiais dentro do invólucro estacionário, e um rotor disposto dentro do invólucro estacionário que tem um segundo conjunto de aletas radiais. Em modalidades particulares, o gerador de calor dinâmico tem cerca de doze polegadas de diâmetro e seis polegadas de largura. Em algumas modalidades ele é feito do alumínio, embora possa ser construído de outros materiais em outras modalidades. O gerador de calor dinâmico pode consistir em somente duas partes móveis. O funcionamento de um motor em torno de 1.800 rpm gira o gerador de calor dinâmico, o que faz com que as rodas internas girem e comprimam as moléculas de água que fluem através das mesmas, causando desse modo um atrito que produz calor. A fonte de energia para o sistema pode ser um mecanismo ou um motor elétrico. A temperatura específica pode ser maior do que ou igual a 212 graus Fahrenheit (100 graus Celsius), maior do que uma temperatura requerida para matar os patógenos dentro da água, maior do que ou do igual a 250 graus Fahrenheit (121 graus Celsius), maior do que ou igual a 300 graus Fahrenheit (148 graus Celsius), maior do que ou igual a uma temperatura requerida para dessalinizar a água salgada, maior do que ou o igual a uma temperatura requerida para derreter a parafina, maior do que ou igual a uma temperatura requerida para criar vapor, ou qualquer outra temperatura desejada.

[0050] O vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118 é disposto dentro do tanque de água a alta temperatura 102. Um exemplo do vaso cilíndrico (ninho de hidrociclones) 118 foi descrito previamente com referência às figuras 1 e 2. Outros vasos cilíndricos (ninho de hidrociclones) 118 e conjuntos de hidrociclones podem ser usados. A primeira bomba 148 é conectada à primeira saída 108 do tanque de água a alta temperatura 102 e à entrada 130 do vaso cilíndrico 118. O tanque de sólidos e concentrado 164 é conectado à segunda saída 126 do vaso cilíndrico 118. Uma válvula da temperatura da água 428 é conectada entre a primeira bomba 148 e a entrada 130 do vaso cilíndrico 118. Um orifício ajustável 430 é conectado à válvula da temperatura de água 428 e uma terceira entrada de água 538 do tanque de água a alta temperatura 102.

[0051] Um dissipador de vapor 168 é conectado à primeira saída 122 do vaso cilíndrico e à quarta entrada 530 do tanque de água a baixa temperatura 408. O medidor de produção de vapor 150 é conectado ao dissipador de vapor 168. O condensador de vapor e o trocador de calor 152 têm uma entrada de vapor 154 conectada ao medidor de produção de vapor 150, uma saída de água purificada 156, uma entrada de água e uma saída de água 532 conectadas à segunda entrada 508 do tanque de água a baixa temperatura 408 e do exaustor de motor. A quarta bomba 418 é conectada à segunda saída de água 534 do tanque de água 408 e à entrada de água a baixa temperatura 536 do condensador de vapor e do trocador de calor 152. Um medidor de transferência de depósito 434 é conectado à saída de água purificada 156 do condensador de vapor e ao trocador de calor 152. Um tanque de água purificada 436 é conectado ao medidor de transferência de depósito 434.

[0052] Deve ser observado que um primeiro dispositivo misturador 540 pode ser disposto no meio de e conectado ao exaustor 420 de motor 414, à saída de água 532 do condensador de vapor e do trocador de calor 152 e à segunda entrada 508 do tanque de água a baixa temperatura 408 para misturar, controlar as pressões e impedir retrofluxos do exaustor do motor e de água. Similarmente, um segundo dispositivo misturador 542 pode ser disposto no meio de e conectado à entrada de combustível 416 do motor 414, ao tanque de combustível 504 e à saída de gás 506 do tanque de água a baixa temperatura 408 para misturar, controlar as pressões e impedir os retrofluxos de combustível e dos gases voláteis.

[0053] As modalidades particulares da presente invenção podem ser portáteis (por exemplo, montadas em reboques, etc.) ou colocadas de maneira permanente e podem ser acomodadas em áreas remotas (por exemplo, locais de perfuração ou de mineração) ou em locais de desastres onde a água potável é necessária para a sobrevivência. Em algumas modalidades, nenhum chama aberta ou elemento de aquecimento são requeridos para aquecer a água até a temperatura específica ou mais alta. Além disso, o sistema tem a capacidade de produzir eletricidade para a iluminação, mediante a adição de um conjunto de gerador ao sistema, e de calor radiante para o aquecimento de lares ou edifícios.

[0054] Quando o tratamento da água salgada é requerido, a água que tiver atingido uma temperatura de 212 graus Fahrenheit (100 graus Celsius) pode ser passada através de um hidrociclone, o que causa um vácuo que vaporiza a água em vapor. Nesse ponto, o sal é separado da água e a salmoura de sal concentrada cai através do fundo do hidrociclone enquanto o vapor puro escapa e passa através de um trocador de calor que o condensa de volta em uma forma líquida.

[0055] Com relação agora às figuras 6A e 6B, é mostrado um fluxograma de um método para a purificação de água 600 de acordo com uma modalidade da presente invenção. Um sistema de purificação de água é provido no bloco 302, tal como descrito nas figuras 1, 2, 4 e ou um outro sistema apropriado. A água contaminada é bombeada de uma fonte de água contaminada em um tanque de água a baixa temperatura no bloco 602. Pode ser observado que o óleo e/ou sólidos podem ser removidos da água contaminada antes que a água contaminada entre no tanque de água a baixa temperatura. A água contaminada é pré-aquecida no bloco 604 por meio de: (1) bombeamento da água contaminada do tanque de água a baixa temperatura a uma entrada de água de um condensador de vapor e de um trocador de calor onde um primeiro calor de um vapor é transferido à água contaminada, e (2) bombeamento da água contaminada do tanque de água a baixa temperatura a uma entrada de um trocador de calor acoplado termicamente a um motor onde um segundo calor do motor é transferido à água contaminada. A água contaminada é ainda pré-aquecida e os gases voláteis do motor são prendidos com a mistura da água contaminada pré-aquecida de uma saída de água do condensador de vapor e do trocador de calor com os gases de exaustão do exaustor do motor no bloco 606. Os gases voláteis presos são separados da água contaminada pré-aquecida ao usar um separador de líquido/gás dentro do tanque de água a baixa temperatura no bloco 608. Os gases voláteis separados são misturados com um combustível, e os gases voláteis separados e o combustível são queimados no motor no bloco 610. A água contaminada pré-aquecida é bombeada do tanque de água a baixa temperatura a um tanque de água a alta temperatura no bloco 612.

[0056] A água contaminada pré-aquecida dentro do tanque de água a alta temperatura é aquecida ao usar uma fonte de calor sem chama no bloco 304, em que a água contaminada aquecida aquece o vaso cilíndrico e um ou mais conjuntos de hidrociclones. A água contaminada aquecida é bombeada na entrada do vaso cilíndrico no bloco 306 de maneira tal que a água contaminada aquecida entra nas entradas tangenciais dos hidrociclones, os hidrociclones separam a água contaminada aquecida em vapor e sólidos/concentrado, o vapor sai através do fluxo superior dos hidrociclones e da primeira saída do vaso cilíndrico, e os sólidos e o concentrado saem através do fluxo inferior dos hidrociclones e da segunda saída do vaso cilíndrico. O vapor é condensado em água purificada ao usar o condensador de vapor e o trocador de calor no bloco 308. A água contaminada dentro do tanque de água a alta temperatura é mantida dentro de uma faixa de temperatura específica ao usar o controlador no bloco 310. As gotas de água contaminada podem ser coalescidas e removidas do vapor ao usar um dissipador de vapor conectado entre a primeira saída do vaso cilíndrico e o medidor de produção de vapor.

[0057] Embora a presente invenção tenha sido descrita em detalhes com referência a modalidades particulares, deve ser compreendido que várias outras mudanças, substituições e alterações podem ser feitas nas mesmas sem desviar do teor e âmbito da presente invenção. Por exemplo, embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a um número de componentes incluídos dentro de vários sistemas, esses componentes podem ser combinados, rearranjados, redimensionados ou posicionados a fim de acomodar necessidades e aplicações particulares. A presente invenção contempla uma grande flexibilidade no arranjo desses elementos bem como seus componentes internos.

[0058] Por exemplo, algumas modalidades podem utilizar um

Claims

1. Sistema (100, 400, 500) de purificação de água, caracterizado pelo fato de que compreende: um tanque de água a alta temperatura (102) possuindo uma primeira entrada de água (104), uma segunda entrada de água (106), uma primeira saída de água (108) e uma segunda saída de água (110); uma fonte de calor sem chama (112) possuindo uma entrada (114) conectada à segunda saída de água (110) do tanque de água a alta temperatura (102) e uma saída (116) conectada à segunda entrada de água (106) do tanque de água a alta temperatura (102); um vaso cilíndrico (118) disposto dentro do tanque de água a alta temperatura (102), o vaso cilíndrico (118) possuindo uma câmara de fluxo superior (120), uma câmara de fluxo inferior (124), uma câmara de entrada (128) disposta entre a câmara do fluxo superior (120) e a câmara de fluxo inferior (124), uma primeira saída (122) conectada à câmara de fluxo superior (120), uma entrada (130) conectada à câmara de entrada (128), e uma segunda saída (126) conectada à câmara de fluxo inferior (124); disposto dentro do vaso cilíndrico (118), um primeiro conjunto de hidrociclone (138a), pelo menos um conjunto intermediário de hidrociclone (138b-138j), e um conjunto final de hidrociclone (138k), os conjuntos de hidrociclones separados por divisores (206), em que os hidrociclones (140) dentro de cada conjunto são arranjados em uma configuração paralela e operam em paralelo, e os conjuntos de hidrociclones são arranjados em séries, e em que cada hidrociclone (140) possui uma entrada tangencial disposta dentro da câmara de entrada (128) do vaso cilíndrico (118) e em comunicação fluida com a entrada (130) conectada à câmara de entrada (128), um fluxo superior disposto dentro da câmara de fluxo superior (120) do vaso cilíndrico (118) e um fluxo inferior disposto dentro da câmara de fluxo inferior (124) do vaso cilíndrico (118); uma primeira bomba (148) conectada à primeira saída (108) do tanque de água a alta temperatura (102) e à entrada (130) do vaso cilíndrico (118); um medidor de produção de vapor (150) conectado à primeira saída (122) do vaso cilíndrico (118); e um condensador de vapor e um trocador de calor (152) possuindo uma entrada de vapor (154) e uma saída de água purificada (156), em que a entrada de vapor (154) é conectada ao medidor de produção de vapor (150).

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água contaminada compreende água do mar, água salgada, água residual, água de esgoto, água de extração, água de drenagem de chuva, água produzida, água de fratura, água de reator, água de resfriador ou água de poço.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor sem chama (112) compreende um gerador de calor dinâmico, um gerador Tesla, uma fonte geotérmica, uma fonte de calor de processo industrial, uma fonte de calor residual de usina de força ou uma combinação destes.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um controlador (158) conectado ao medidor de produção de vapor (150) e à fonte de calor sem chama (112).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: uma fonte da água contaminada (402); e uma segunda bomba (424) conectada à fonte de água contaminada (402) e à primeira entrada de água (104) do tanque de água a alta temperatura (102).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor sem chama (112) é para aquecer a água contaminada dentro do tanque de água a alta temperatura (102), a primeira bomba (148) é para bombear a água contaminada aquecida para a entrada (130) do vaso cilíndrico (118) de modo que a água contaminada aquecida entre nas entradas tangenciais dos hidrociclones (140), os hidrociclones (140) separam a água contaminada aquecida em uma água contaminada concentrada e um vapor, o vapor sai através do fluxo superior dos hidrociclones (140) e da primeira saída (122) do vaso cilíndrico (118), a água contaminada concentrada sai através do fluxo inferior dos hidrociclones (140) e da segunda saída (126) do vaso cilíndrico (118), e o condensador de vapor e o trocador de calor (152) converte o vapor em água purificada.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: uma válvula da temperatura de água (428) disposta entre a primeira bomba (148) e a entrada (130) do vaso cilíndrico (118); um orifício ajustável (430) conectado à válvula da temperatura de água (428) e a uma terceira entrada de água (538) do tanque de água a alta temperatura (102).

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de água contaminada (402); uma terceira bomba (404) e um tanque de água a baixa temperatura (408) dispostos entre a fonte de água contaminada (402) e o tanque de água a alta temperatura (102), em que a terceira bomba (404) é conectada à fonte da água contaminada (402) e uma primeira entrada de água (504) do tanque de água a baixa temperatura (408), e uma primeira saída de água (518) do tanque de água a baixa temperatura (408) é conectada ao tanque de água a alta temperatura (102); uma quarta bomba (418) disposta entre uma segunda saída de água (534) do tanque de água a baixa temperatura (408) e uma entrada de água do condensador de vapor e o trocador de calor (152); e uma saída de água (532) do condensador de vapor e do trocador de calor (152) é conectada a uma segunda entrada (508) do tanque de água a baixa temperatura (408).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende uma válvula de absorção de calor (426) conectada entre a fonte de calor sem chama (112) e o tanque de água a baixa temperatura (408).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um motor (414) possuindo uma entrada de combustível (416), e um exaustor (420) conectado à segunda entrada (508) do tanque de água a baixa temperatura (408) e à saída de água (532) do condensador de vapor e do trocador de calor (152); o tanque de água a baixa temperatura (408) possuindo um separador de líquido/gás (502) e uma saída de gás (506) conectada à entrada de combustível (416) do motor (414); uma camisa de motor e um trocador de calor (412) conectados termicamente ao motor (414) para refrigerar o motor (414), e possuindo uma saída (512) conectada a uma terceira entrada (514) do tanque de água a baixa temperatura (408); e uma quinta bomba (410) conectada a uma terceira saída de água (516) do tanque de água a baixa temperatura (408) e uma entrada (510) da camisa de motor e do trocador de calor (412).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o um ou mais conjuntos de hidrociclones (138a-138k) são arranjados em um ou mais círculos concêntricos.

12. Vaso cilíndrico (118), caracterizado pelo fato de que compreende uma câmara de fluxo superior (120), uma câmara de fluxo inferior (124), uma câmara de entrada (128) disposta entre a câmara de fluxo superior (120) e a câmara de fluxo inferior (124), uma primeira saída (122) conectada à câmara de fluxo superior (120), uma entrada (130) conectada à câmara de entrada (128), e uma segunda saída (126) conectada à câmara de fluxo inferior (124); dispostos dentro do vaso cilíndrico (118), um primeiro conjunto de hidrociclones (138a), pelo menos um conjunto intermediário de hidrociclones (138b-138j), e um conjunto final de hidrociclones (138k), os conjuntos de hidrociclones arranjados em série, em que os hidrociclones (140) dentro de cada conjunto (138a- 138k) de hidrociclones (140) são arranjados em uma configuração paralela, e cada conjunto de hidrociclones (138a-138k) é definido por um divisor (206) que faz com que os hidrociclones (140) em cada conjunto operem em paralelo, e em que cada hidrociclone (140) tem uma entrada tangencial disposta dentro da câmara de entrada (128) do vaso cilíndrico (118) e em comunicação fluida com a entrada (130) conectada à câmara de entrada (128), um fluxo superior disposto dentro da câmara de fluxo superior (120) do vaso cilíndrico (118) e um fluxo inferior disposto dentro da câmara de fluxo inferior (124) do vaso cilíndrico (118).

13. Vaso cilíndrico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os conjuntos de hidrociclones (138a- 138k) são arranjados em um ou mais círculos concêntricos.

14. Vaso cilíndrico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o vaso cilíndrico (118) está disposto dentro de um tanque de água a alta temperatura (102) possuindo uma primeira entrada de água (104), uma segunda entrada de água (106), uma primeira saída de água (108) e uma segunda saída de água (110); em que o tanque de água a alta temperatura (102) é um componente de um sistema de purificação de água (100, 400, 500), e em que o sistema de purificação de água ainda compreende uma fonte de calor sem chamas (112) possuindo uma entrada (114) conectada à segunda saída de água (110) do tanque de água a alta temperatura (102) e uma saída (116) conectada à segunda entrada de água (126) do tanque de água a alta temperatura (102).