BR112018000614B1

BR112018000614B1 - Método para transformar resíduos urbanos sólidos em agregados e aparelho para transformar resíduos urbanos sólidos orgânicos e inorgânicos em agregados

Info

Publication number: BR112018000614B1
Application number: BR112018000614-9A
Authority: BR
Inventors: Iñaki José Garín Rotondaro; Oscar Miguel Gnädinger
Original assignee: Ibircom S.A.
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2021-08-03
Also published as: US11673145B2; IL256657B; LT3326728T; IL256657A; US20210146372A1; CN113102440A; BR112018000614A2; US20180214885A1; JP2018520873A; MA42464B1; HRP20192193T1; CN107921491B; ECSP18011158A; RU2697384C1; ZA201801053B; CO2018001162A2; EP3326728A1; KR20180033220A; UY36777A; AU2015403040B2

Abstract

a invenção se refere a um método e a um aparelho (100), para transformar resíduos urbanos sólidos orgânicos e inorgânicos em agregados, que compreendem uma máquina extrusora conectada a um reator. a máquina extrusora é formada por um cilindro de extrusão (103) através do qual um pistão (104) circula dentro de uma cavidade de extrusão (106), que compreende três seções (107, 110, 111) e é alimentada com uma argamassa obtida após pré-processar os resíduos. a extremidade (115) da terceira seção (111) é conectada ao reator (112) através de uma abertura (114). o eixo longitudinal do reator é formado por um eixo de aço giratório (116) no qual lâminas de aço são dispostas (108), cujas extremidades desempenham as funções de cortar, martelar, socar e agir como uma hélice hidráulica à medida que giram. entre a extremidade das lâminas e a parede do reator, há uma folga de mais de 0,1 mm de espessura. o reator tem uma válvula de descarga (300) para descarregar a argamassa na área limite através de aberturas (304), após a mesma ter sido processada por uma série de ciclos de pressão, energia de vibração e descompressão.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um método para transformar resíduos urbanos sólidos em agregados. A invenção também se refere a um aparelho para transformar resíduos urbanos sólidos em agregados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Mesmo em países desenvolvidos, a coleta, o transporte, a separação e o descarte final dos componentes de resíduos urbanos sólidos é um problema tanto econômico quanto ambiental visto que, em uma situação ideal, 100% dos resíduos urbanos sólidos deveriam ser reciclados para reutilização: como matéria-prima, como fonte de elementos valiosos, etc.

[003] Por exemplo, no caso de vidro, plásticos e metais, como matéria-prima para a fabricação de novos recipientes: garrafas, vasos, latas, etc.

[004] No caso de matéria orgânica de origem biológica, por exemplo, como matéria-prima para a preparação de ração balanceada, adubo e fertilizantes.

[005] Em países menos desenvolvidos ou em países em desenvolvimento, a coleta, o transporte e o descarte final de resíduos urbanos sólidos geralmente terminam na formação de grandes aterros abertos ou aterros cobertos com uma camada de solo.

[006] De modo geral, a invenção refere-se ao tratamento, à recuperação e à reciclagem daqueles componentes que são parte de resíduos urbanos sólidos.

[007] Particularmente, a presente invenção refere-se a um método e um aparelho para transformar resíduos urbanos sólidos orgânicos e inorgânicos em agregados, após baterias, componentes de metal ferroso e não ferroso, garrafas não contaminadas, recipientes de vidro e plástico e, possivelmente, qualquer material orgânico ou inorgânico que, devido à sua dureza ou ao seu volume — tal como pedra de pavimentação e peças de madeira dura — não seja adequado para ser tratado pelo processo da presente invenção, terem sido previamente separados. Os resíduos remanescentes que não possam ser reciclados são denominados ‘rejeição’.

[008] Entende-se rejeição por aqueles elementos orgânicos e inorgânicos que, por serem gerenciados de forma inapropriada, são contaminados de forma cruzada e não podem ser reciclados, e que são geralmente enterrados.

[009] O objetivo desta invenção é solucionar o problema que decorre dessa rejeição.

[010] No contexto da presente invenção, a expressão ‘resíduos urbanos sólidos orgânicos e inorgânicos’ significa uma combinação de resíduos de origem principalmente biológica gerados por pessoas como um resultado de consumo de alimentos.

[011] Exemplos desses resíduos são ossos, restos de carne, cartilagens, gorduras, óleos, vegetais, frutas, cereais, plantas oleaginosas, infusões, etc., geralmente acompanhados por resíduos inorgânicos remanescentes, tais como sacolas e recipientes de plástico, papel, papelão e vidro, que são contaminados com resíduos orgânicos.

[012] Por outro lado, no contexto da presente invenção, o termo "agregado" significa um produto granulado, estéril e seco de natureza pétrea, tal como entulho e pedras, que atende aos padrões EPA SW486 e EPA 1310. Ou seja, um produto que será adequado para uso em rebocos e em pavimentação de estradas.

[013] JP S53 110260 A descreve uma unidade de tratamento de resíduos sólidos automatizada e compacta para uso em hotéis, restaurantes, hospitais e residências. Tal unidade compreende uma unidade de moagem unidade, uma unidade de secagem para secar os resíduos moídos e para separar o líquido dos restos fibrosos. Tal unidade tem também uma unidade esterilizadora e uma prensa para moldar os resíduos tratados em uma forma predeterminada.

[014] EP 682.983 A1 descreve uma máquina para triturar materiais compósitos, particularmente para triturar resíduos urbanos sólidos, que compreende um aparelho triturador que é composto, por sua vez, por um elemento cortador fornecido com múltiplas lâminas dispostas lado a lado ao longo de um eixo geométrico, por meios para atuar as lâminas com um movimento giratório ao redor do eixo geométrico e por um elemento cortador complementar que é lateralmente adjacente ao elemento cortador. O elemento cortador complementar coopera com o elemento cortador na trituração do material transportado entre o elemento cortador e o elemento cortador complementar e pode ser afastado do elemento cortador para permitir que materiais que aguentem a ação das lâminas do elemento cortador passem entre o elemento cortador e o elemento cortador complementar.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[015] O objeto da invenção é um método para transformar resíduos urbanos sólidos em agregados, que compreende: - um estágio de seleção e preparação de uma rejeição a partir de resíduos sólidos, de forma a obter uma argamassa

[016] caracterizado pelo fato de compreender: - um estágio de alimentação de um aparelho para transformar resíduos urbanos sólidos orgânicos e inorgânicos em agregados, sendo que o dito aparelho compreende uma máquina extrusora e um reator, em que a máquina extrusora compreende um cilindro de extrusão através do qual um pistão circula dentro de uma cavidade de extrusão que define um eixo geométrico de extrusão; a extremidade da cavidade de extrusão é hermeticamente conectada ao reator; o eixo longitudinal do reator compreende um eixo giratório no qual algumas lâminas são dispostas; entre a extremidade das lâminas e a parede ou domo do reator há uma folga, que é denominada como a camada limite do reator; o eixo giratório do reator e as lâminas, denominados conjuntamente como rotor, - um estágio de compressão no qual a argamassa é comprimida pelo pistão da máquina extrusora que se move para frente até entrar em contato com as lâminas do reator, que rejeitam a argamassa, a impelem para o interior da câmara de extrusão e a impedem de se mover para frente com o aumento resultante de pressão - um estágio de processamento no qual: [a] quando o pistão se move para frente, comprime ainda mais a argamassa e a força a penetrar na camada limite do reator, de modo a formar um filme de perímetro, [b] o eixo do reator entra em ressonância, em que a energia potencial acumulada pelo eixo do rotor é liberada como uma emissão de um trem de ondas de choque, de modo a submeter a argamassa que está dentro da cavidade de extrusão a agitação violenta, e também de modo a submeter a argamassa que está na camada limite a picos de pressão produzidos pela vibração do eixo do rotor, [c] após o encerramento do fenômeno de ressonância, a pressão no pistão da máquina extrusora é reduzida, de modo a descomprimir a argamassa, e a compressão da argamassa no rotor é repetida até que entre em ressonância novamente e haja uma nova emissão de ondas de choque, e [d] os ciclos de ressonância e descompressão são repetidos até que a temperatura da argamassa atinja de 85 °C a 98 °C, preferencialmente 92 °C, e - um estágio de descarga.

[017] Nas reivindicações dependentes, várias alternativas vantajosas e realizações preferidas do método, de acordo com a invenção, são descritas.

[018] Outro objeto da invenção é um aparelho (100) para transformar resíduos urbanos sólidos orgânicos e inorgânicos em agregados, caracterizado pelo fato de compreender: uma máquina extrusora conectada a um reator; em que a máquina extrusora compreende um cilindro de extrusão através do qual um pistão circula dentro de uma cavidade de extrusão que define um eixo geométrico de extrusão, a extremidade da cavidade de extrusão é hermeticamente conectada ao reator; o reator é um tambor com simetria giratória cujo eixo longitudinal é acoplado (preferencialmente de modo transversal, a 90° do eixo geométrico de extrusão), por meio de uma abertura, com a extremidade da cavidade de extrusão do cilindro da máquina extrusora; o eixo longitudinal do reator compreende um eixo giratório que é inserido nos suportes, que são dispostos nas extremidades do reator; no dito eixo, algumas lâminas de aço são dispostas; entre a extremidade das lâminas e a parede ou o domo do reator, há uma folga, denominada camada limite do reator, em que o eixo giratório do reator e as lâminas são denominados conjuntamente como rotor, e em que o reator tem uma válvula de descarga.

[019] Nas reivindicações dependentes, várias alternativas vantajosas e realizações preferidas do aparelho, de acordo com a invenção, são descritas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[020] Vantagens e características adicionais da invenção podem ser verificadas a partir da seguinte descrição, na qual, sem limitações, algumas realizações da invenção são descritas, fazendo menção aos desenhos em anexo. As Figuras mostram: A Figura 1 é uma vista em corte transversal lateral do aparelho da presente invenção. A Figura 2 é uma vista em perspectiva do rotor. As Figuras 3A e 3B são vistas em corte transversal laterais de um corte do aparelho da invenção, que mostram na Figura 3A o estágio de compressão da argamassa contra as lâminas do rotor, com o fechamento da válvula de descarga do reator. A Figura 3B mostra a válvula do reator sendo aberta, de modo a permitir o descarregamento da argamassa através da camada limite do reator e das aberturas na parte inferior do reator. As Figuras 4A, 4B, 4C, 4D e 4E são um grupo de vistas das lâminas que sustentam o eixo do rotor, em que: A Figura 4A representa uma vista em planta da lâmina interna que sustenta o eixo do rotor. A Figura 4B representa uma vista lateral frontal da lâmina interna que sustenta o eixo do rotor. A Figura 4C representa um corte transversal da lâmina interna em B-B. A Figura 4D representa um corte transversal da lâmina interna em A-A. A Figura 4E é uma vista em perspectiva de uma das lâminas laterais (400) que sustenta o eixo do rotor. Há duas de tais lâminas laterais, localizadas em cada uma das duas extremidades do rotor, e elas são imagens espelhadas. As Figuras 5A e 5B são uma vista frontal da válvula de descarga do reator em que: A Figura 5A mostra a válvula de descarga do reator sendo fechada e a Figura 5B mostra a válvula de descarga sendo aberta. A Figura 6 é uma vista em perspectiva do mecanismo motor elétrico, do volante e da câmara de compressão acoplados ao reator e sua válvula de descarga.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[021] Então, far-se-á referência a uma realização preferida do procedimento da presente invenção em uma escala de planta piloto para o tratamento de resíduos urbanos sólidos, ou seja, um procedimento para o tratamento de até aproximadamente 2.000 kg por dia de resíduos, embora os conceitos técnicos sejam aplicáveis de forma similar a uma planta industrial que possa processar dezenas e centenas de toneladas por dia de resíduos.

[022] O procedimento da presente invenção começa com uma série de etapas que não são inovadoras por si só e compreende os seguintes estágios: a) Fornecer resíduos urbanos sólidos a uma estação de tratamento de resíduos; b) Carregar resíduos inorgânicos e orgânicos, parcialmente ou totalmente misturados e contaminados de forma cruzada, em um triturador, rasgando as sacolas, se houver, e descarregando seu conteúdo em uma correia transportadora de ampla exposição e velocidade predeterminada para a seleção inicial de resíduos recicláveis; c) Extrair de forma bem-sucedida os seguintes resíduos durante a seleção inicial: • baterias, componentes eletrônicos, microprocessadores, utensílios domésticos, etc., por seleção manual ou mecânica; • garrafas e recipientes de vidro e plástico por seleção manual ou mecânica; • metais ferromagnéticos: folhas, ferro, pinos, parafusos, pregos, dobradiças, etc., através de sistemas magnéticos; • metais não ferrosos: chumbo, alumínio, bronze, cobre, latão, por seleção manual, mecânica, eletromecânica ou eletromagnética; e enviar esses resíduos para seu tratamento fora da estação de tratamento; d) Enviar os resíduos remanescentes, denominados rejeição, para uma máquina de moagem e esmagamento com rolos articulados, que giram em um distribuidor circular, para homogeneização; tais resíduos remanescentes são denominados rejeição, que consistem em restos orgânicos sólidos e líquidos de origem biológica, contaminados com restos inorgânicos e orgânicos que não foram extraídos durante a seleção inicial; A porcentagem de rejeição relativa ao peso total de resíduos tratados varia amplamente e depende significativamente da área geográfica da qual os resíduos urbanos vêm, a época do ano e do padrão de vida dos habitantes que produzem os resíduos. e) Carregar a rejeição na máquina de moagem e esmagamento e adicionar um aglutinante e, opcionalmente entulho, através de um parafuso rosca sem fim, e água através de um bocal de medição.

[023] O aglutinante é concreto, ou seja, o material resultante da calcinação de minerais calcários e argilas (escória), junto com os aditivos habituais usados para esses tipos de suprimentos na indústria da construção.

[024] Entende-se entulho como qualquer tipo de material excedente que venha da indústria da construção, assim como telhas e contrapisos e subpavimentos, tijolos, camadas iniciais de reboco, etc.

[025] A quantidade de concreto que é adicionada à máquina de moagem e esmagamento compreende entre 20% e 30% em relação à quantidade de resíduos que é carregada na dita máquina.

[026] Dependendo do teor percentual de água que os resíduos contenham, que são carregados na máquina de moagem e esmagamento, geralmente cerca de 5% a 10%, água é adicionada, de forma que a porcentagem final do teor de água esteja entre 25% e 35% do peso total da mistura de resíduos/aglutinante/água.

[027] Em caso de teor de água muito elevado nos resíduos, espera-se a adição de entulho, cuja função é absorver o excesso de umidade da mistura final, ou qualquer outro material que tenha a mesma função.

[028] A operação da máquina de moagem e esmagamento é contínua. Os materiais que são adicionados são moídos, esmagados e parcialmente homogeneizados, e o material sobrenadante, cuja granulometria é entre 5 e 12 mm, é continuamente removido por um ‘abastecedor’, localizado na parte superior da máquina, e que é monitorado por uma unidade microprocessadora que regula a quantidade de material que é removida da máquina de moagem e esmagamento, e que é enviado para uma correia transportadora.

[029] O material removido é uma argamassa não homogênea e irregular que é enviada por uma correia transportadora para um distribuidor que alimenta uma máquina extrusora com pistão, com operação hidráulica, conectada a um reator. f) Esse estágio e os estágios seguintes reúnem as características inovadoras e inventivas da invenção.

[030] A argamassa do estágio anterior é despejada no distribuidor da máquina extrusora com pistão, fornecida com uma bomba hidráulica que produz pressão hidráulica, que atua um cilindro hidráulico que moves um pistão para dentro da cavidade de extrusão.

[031] A cavidade de extrusão consiste em um cilindro, dentro do qual o pistão se move, e que tem três seções com aproximadamente o mesmo volume, por exemplo, 10 l no caso de uma planta piloto.

[032] A primeira seção do cilindro da cavidade de extrusão é definida como câmara passiva, na qual o pistão começa o seu deslocamento até atingir a segunda seção, denominada câmara de entrada.

[033] A câmara de entrada tem uma abertura conectada ao distribuidor da máquina extrusora, em que entra uma fração de 10 l da argamassa dentro da câmara de entrada. Após carregar esse volume de argamassa na câmara de entrada do cilindro da máquina extrusora, a válvula de entrada da argamassa do distribuidor fecha.

[034] Então, o pistão atuado pela pressão hidráulica pressiona e empurra o volume de argamassa para dentro da terceira seção do cilindro da cavidade de extrusão. Essa terceira seção é denominada câmara de compressão. Nessa câmara de compressão, a argamassa, enquanto é pressionada pelo pistão, enche completamente a seção do cilindro e é levada para a extremidade do cilindro da máquina extrusora.

[035] A extremidade da câmara de compressão é hermeticamente conectada a um dispositivo denominado reator. g) O reator é um tambor de aço cilíndrico cujo eixo longitudinal é disposto horizontalmente e acoplado transversalmente, a 90°, através de uma abertura, à extremidade da câmara de compressão do cilindro da máquina extrusora (vide abaixo a descrição das Figuras).

[036] O eixo longitudinal do reator compreende um eixo de aço giratório que é inserido nos suportes, dispostos nas extremidades (ou ‘cabeças’) do reator. No eixo, há algumas lâminas de aço cujas extremidades desempenham as funções de cortar, martelar, socar e hélice hidráulica, à medida que giram. Entre a extremidade das lâminas e a parede ou o domo do reator, há uma folga de 0,2 mm.

[037] No contexto da invenção, essa folga ou espaço livre entre a extremidade das lâminas e a parede do reator é denominada como camada limite do reator.

[038] O eixo giratório do reator e as lâminas são denominadas conjuntamente como rotor. Ademais, o eixo do reator é acoplado a um motor elétrico que permite que o rotor gire em alta velocidade.

[039] Os aspectos estruturais e funcionais do reator e do rotor serão descritos em maiores detalhes na descrição detalhada do aparelho da presente invenção mencionada nas Figuras anexadas a esta descrição.

[040] Devido ao número de lâminas e aos seus formatos geométricos, o giro em alta velocidade faz com que a argamassa ‘veja e se depare com uma parede invisível’ ao alcançar a extremidade da câmara de compressão.

[041] Esse efeito pode ser melhor visto e compreendido invocando-se o exemplo das lâminas de um ventilador, as quais ao girar rápido, formam uma parede invisível que rejeita qualquer objeto que queira penetrá-la.

[042] De forma correspondente e, assim que a argamassa pressionada pelo pistão entra em contato com o rotor, a seguinte série de eventos ocorre: O primeiro evento ocorre, a pressão manométrica baixa na argamassa e baixo consumo do motor elétrico, é um bombardeio reverso ou rejeição violenta da matéria que entra em contato com as lâminas. A moagem e mistura ocorrem sem pressão dentro da argamassa. O segundo evento ocorre como consequência do ligeiro aumento na pressão do pistão que pressiona a argamassa contra o rotor. A argamassa começa a girar na direção oposta do rotor, que mói e mistura a pressão baixa. Durante o terceiro evento, uma moagem mais fina e uma mistura mais forte são continuadas. Esse evento ocorre a uma pressão de aproximadamente 5 kg/cm2 (aproximadamente 490 kPa) no núcleo da argamassa. Durante o quarto evento, a pressão do pistão continua a aumentar e a temperatura da argamassa atinge 75 °C devido ao efeito da fricção, o que produz uma homogeneização adicional da argamassa. Durante o quinto evento, a argamassa perde todo o gás acumulado ou possíveis bolhas de ar retidas. Durante o sexto evento, a pressão na argamassa é muito alta, de cerca de aproximadamente 10 kg/cm2 (cerca de 980 kPa), o que dá origem a um novo estágio. h) Nesse estágio, a argamassa submetida a pressão alta gira entre o pistão e a parte frontal que gira do rotor a aproximadamente 30 km/h na direção oposta do rotor e é forçada pelas lâminas para penetrar na camada limite do reator, e forma assim um filme de perímetro de 0,2 mm de espessura que atua como uma vedação hidráulica completa para o reator e para a máquina extrusora.

[043] O volume desse filme de perímetro constitui 5% do volume total de argamassa; sendo que os 95% remanescentes continuam a girar dentro da câmara de compressão.

[044] O filme de perímetro circula a uma velocidade de aproximadamente 150 km/h e produz uma troca de volume total de argamassa em apenas 2 segundos.

[045] Nesse momento do procedimento, e quando a argamassa é submetida a um aumento em pressão que atinge aproximadamente 12 kg/cm2 (aproximadamente 1.176 kPa) de pressão de pistão sobre a argamassa na câmara de compressão, um fenômeno físico ocorre no eixo do rotor.

[046] Portanto, à medida que a pressão da argamassa sobre o rotor lâminas aumenta, o seu eixo é ligeiramente curvado na mesma direção que o movimento frontal da argamassa, deslocando-se até 0,2 mm no centro do eixo do rotor para uma posição ereta e acumulando uma grande energia potencial, equivalente a 2 toneladas no eixo do rotor.

[047] Nesse momento, um evento físico de ressonância ocorre, que consiste na emissão, por parte do eixo do rotor, de um trem de ondas de choque que compreende a onda fundamental e possíveis harmônicas. Ou seja, o eixo do rotor, que gira ligeiramente de forma curvada, agora transforma sua energia potencial em energia cinética de vibração ou ressonância.

[048] O trem de ondas de choque de baixa frequência (inferior a 80 Hz) submete a argamassa que está dentro da câmara de compressão a baixa velocidade de circulação em relação à velocidade de circulação da camada limite, a uma agitação violenta.

[049] O resultado desse fenômeno físico é que no núcleo da argamassa ocorre um colapso, devido à vibração e à fricção de todas essas complexas estruturas de tecidos biológicos, que inclusive separa parcial ou totalmente moléculas complexas poliméricas, orgânicas e inorgânicas, enquanto esse episódio é acompanhado por um aumento geométrico da temperatura, que possivelmente produz microvolumes dentro da argamassa submetida a temperaturas muito altas.

[050] Esse fenômeno de ressonância ocorre porque o rotor, que gira a 2.900 rpm, é pressionado pela argamassa, que atua como um pistão intermediário, e que, por sua vez, curva o eixo do rotor que acumula uma grande energia potencial, equivalente a 2 toneladas, no eixo do rotor.

[051] Nesse ponto, o eixo do rotor retorna a energia potencial acumulada como uma mola gigante, o que dá origem à ressonância mecânica, ou seja, a emissão de um trem de ondas de choque.

[052] Dentro da camada limite, o colapso da dita camada limite ocorre, nesse caso, de forma ainda mais radical, enquanto picos de pressão extrema são produzidos.

[053] Quando o reator entra em ressonância, esse evento consume uma grande quantidade de energia instantânea. A fim de solucionar esse problema, há um volante que é acoplado ao eixo do motor elétrico e que acumula energia cinética.

[054] Quando o rotor reduz 100 rpm, a roda entrega 74.570 J/s (aproximadamente 100 HP) o que impede que o motor saia do sincronismo elétrico e impede a diminuição subsequente de tensão na linha.

[055] O fenômeno de ressonância dura aproximadamente 1 a 2 segundos.

[056] Subsequentemente, a pressão hidráulica no pistão de extrusão é removida por 1,5 a 2 segundos, e o ciclo de compressão da argamassa no rotor é repetido até que uma nova emissão de ondas de choque seja produzida. O procedimento completo é monitorado automaticamente por um microprocessador conectado a sensores apropriados que o aparelho compreende, de acordo com a presente invenção.

[057] Essa forma sincronizada de operar a máquina extrusora e tanto o reator quanto o rotor permite substituir a energia do motor elétrico para a roda, o que impede a diminuição da tensão ao consumo abrupto.

[058] Os ciclos de compressão e descompressão são repetidos até que a temperatura da argamassa alcance aproximadamente 92 °C. Os sensores do aparelho detectam essa temperatura.

[059] O número de ciclos de compressão depende da natureza dos resíduos tratados, mas esse estágio do procedimento precisa geralmente de entre 25 e 50 segundos.

[060] i) Estágio final do procedimento. Após 25 a 50 segundos, a válvula de descarga do reator é aberta e a máquina extrusora descarrega, por pressão do pistão sobre a argamassa e através da camada limite e aberturas dispostas na parte inferior do reator, a argamassa tratada, e a coloca sobre uma correia transportadora que a envia para uma área de armazenamento na qual a argamassa, em uma forma granulada, é definida e é convertida em um agregado.

[061] Uma realização preferida é descrita a seguir em referência às figuras em anexo desta descrição.

[062] O material que vem da máquina de moagem e esmagamento é enviado através de uma correia transportadora para um distribuidor que alimenta uma máquina extrusora com pistão, operada hidraulicamente e conectada a um reator.

[063] A Figura 1 mostra de forma esquemática o aparelho (100) que compreende uma máquina extrusora (102) e o reator (112).

[064] A argamassa é alimentada através de uma correia transportadora (não mostrada), a um distribuidor (101) da máquina extrusora (102).

[065] A máquina extrusora consiste em um cilindro de extrusão (103) através do qual um pistão (104) circula, atuado pela pressão hidráulica de uma bomba hidráulica (não mostrada), que produz pressão hidráulica que atua um cilindro hidráulico (105) que move o pistão para dentro da cavidade de extrusão (106).

[066] A cavidade de extrusão consiste em um cilindro de 20 cm de diâmetro interno, dentro do qual o pistão se move, e que tem três seções com aproximadamente o mesmo volume, por exemplo, 10 l no caso de uma planta piloto.

[067] A primeira seção do cilindro da cavidade de extrusão é definida como a câmara passiva (107), dentro da qual o pistão começa o seu deslocamento de 45 cm até atingir a segunda seção, denominada câmara de acesso (110). Por motivos de espaço, a câmara passiva é representada na Figura 1 de forma menor que nas outras duas seções.

[068] A câmara de acesso, de 45 cm de comprimento, tem uma abertura (109) conectada ao distribuidor (101) que carrega uma fração de 10 l da argamassa dentro da câmara de acesso. Após carregar esse volume de argamassa dentro da câmara de acesso do cilindro da máquina extrusora, a válvula de entrada da argamassa (não mostrada) do distribuidor é fechada.

[069] Então, o pistão atuado pela pressão hidráulica pressiona e empurra o volume de argamassa para dentro da terceira seção do cilindro da cavidade de extrusão. Essa terceira seção, de 50 cm de comprimento, é denominada câmara de compressão (111).

[070] Nessa câmara de compressão, a argamassa, enquanto é pressionada pelo pistão, enche completamente a seção do cilindro e é puxada para a extremidade do cilindro da máquina extrusora.

[071] A extremidade da câmara de compressão é hermeticamente conectada a um dispositivo denominado reator (112).

[072] O reator é um tambor de aço cilíndrico (113), de 23 cm de comprimento e 30 cm de diâmetro interno, cujo eixo longitudinal é disposto horizontalmente e acoplado de forma transversal, a 90° com o eixo geométrico de extrusão definido pela cavidade de extrusão, através de uma abertura (114) com a extremidade da câmara de compressão (115) do cilindro da máquina extrusora.

[073] Esse eixo longitudinal do reator é formado por um eixo de aço giratório (116) que é inserido dentro dos suportes (117), dispostos nas extremidades (ou cabeças) do reator. Ao longo do eixo, há algumas lâminas de aço SAE 5560 (108), cujas extremidades desempenham as funções de cortar, martelar, perfurar e hélice hidráulica, à medida que giram. Entre a extremidade das lâminas e a parede ou o domo do reator, há uma folga de 0,2 mm de espessura.

[074] No contexto da invenção, essa folga ou espaço livre entre a extremidade das lâminas e a parede do reator é denominada como camada limite do reator.

[075] O eixo giratório do reator e as lâminas são denominadas conjuntamente como rotor. Ademais, o eixo do reator é acoplado a um motor elétrico (não mostrado na Figura 1) que permite que o rotor gire em alta velocidade.

[076] A extremidade livre das lâminas exibe uma superfície externa cuja largura, na direção do eixo longitudinal do reator, é parcialmente sobreposta à largura das lâminas adjacentes, de forma que, à medida que giram, a superfície de cobertura gerada por todas as lâminas é uma superfície contínua, na qual a largura deve ser compreendida como a distância, na direção do eixo longitudinal do reator, a partir do ponto da superfície externa mais próximo a uma extremidade do reator até o ponto da superfície externa mais próximo à extremidade oposta do reator.

[077] Devido ao número de lâminas e aos seus formatos geométricos, giro em alta velocidade faz com que a argamassa ‘veja e se depare com uma parede invisível’ através do alcance da extremidade da câmara de compressão.

[078] Esse efeito pode ser melhor visto e compreendido invocando-se o exemplo das lâminas de um ventilador, as quais ao girar rápido, formam uma parede invisível que rejeita qualquer objeto que queira penetrá-la.

[079] A Figura 2 representa uma vista em perspectiva do rotor (200), formada por 7 lâminas (108), que são acopladas ao eixo do rotor (116).

[080] O eixo do rotor (116) é feito de aço SAE 4140, cuja dureza excede 25 Rc (dureza Rockwell), com um diâmetro de 50 mm e uma sustentação de suporte (comprimento total do eixo) de 30 cm.

[081] Essas medidas permitem que o centro longitudinal do eixo ondule e vibre, de forma a sintonizar com o comprimento de onda fundamental e as possíveis harmônicas.

[082] Os rolamentos (também denominados rolamentos tipo rolo) do suporte contêm o eixo, o que permite uma ligeira variação angular e facilita o a ondulação do eixo e a ressonância.

[083] Os encaixes (203) que são rosqueados no eixo e que separam as lâminas do rotor umas das outras têm uma geometria curvada entre si e atuam como vértebras da espinha formada pelo eixo do rotor.

[084] As lâminas, cujo número é variável e dependente dos tipos de resíduos urbanos que serão tratados (7 lâminas no caso da Figura 2), são feitas de aço SAE 5560 e têm uma dureza de núcleo de 25 Rc e 45 Rc em seu perímetro externo.

[085] Cada lâmina tem 29,96 cm de comprimento, mas sua função é desempenhada apenas nos últimos 3 cm mais próximos à camada limite.

[086] Por esse motivo, o rotor é feito de qualquer aço capaz de ressoar, enquanto o reator é construído com fundição de ressonância muito baixa.

[087] Deve-se entender que o reator não deve ressonar e ele se comporta como um corpo sólido não ressonante. Caso ele ressonasse, o efeito produzido pelas ondas de choque geradas pelo rotor seria perdido.

[088] O rotor tem lâminas internas, que realizam o processamento da argamassa e lâminas laterais, que são dispostas nas extremidades do rotor e funcionam basicamente como uma vedação hidráulica.

[089] As Figuras 4A, 4B, 4C, 4D e 4E são um grupo de vistas das lâminas que sustentam o eixo do rotor, em que: A Figura 4A representa uma vista em planta da lâmina interna que sustenta o eixo do rotor. A Figura 4B representa uma vista lateral frontal da lâmina interna que sustenta o eixo do rotor. A Figura 4C representa um corte transversal da lâmina interna no corte B-B, enquanto a Figura 4D representa um corte transversal da lâmina interna no corte A-A. A Figura 4E é uma vista em perspectiva de uma das lâminas laterais (400) que sustenta o eixo do rotor.

[090] A lâmina (400) tem uma configuração retangular na forma de uma hélice (401), com um orifício circular (402) localizada no centro do retângulo e projetada para ser rosqueada no eixo do rotor entre dois encaixes de retenção.

[091] A superfície externa (403) da lâmina tem um formato circular longitudinal que imita a curvatura da parede interna do reator, o que permite que o diâmetro da lâmina, a partir do centro do orifício para a superfície externa da hélice, tenha uma folga de 0,2 mm entre a dita superfície externa e a parede do reator.

[092] Ambas as lâminas laterais são localizadas em cada uma das duas extremidades do eixo do rotor e são imagens espelhadas.

[093] A Figura 4E representa uma lâmina que mostra uma curvatura (404) em uma de suas extremidades com um ângulo de ataque, em relação à superfície do plano da lâmina, de 0 a 40° em relação ao plano do giro.

[094] As Figuras 3A e 3B representam uma vista em corte transversal lateral da seção da câmara de compressão acoplada ao reator.

[095] A Figura 3A representa o corte transversal em que o reator processa a argamassa nos estágios finais do procedimento da presente invenção, em que a válvula de descarga (300) do reator é fechada. Durante esses estágios finais, o reator gira em sentido anti-horário, na direção representada pela seta (301), enquanto a argamassa gira na direção oposta, seguindo a direção da seta (302).

[096] Nesses estágios finais, caracterizados pela compressão da argamassa efetuada pelo pistão da máquina extrusora, a rejeição da argamassa como resultado da circulação das lâminas, a penetração forçada da argamassa dentro da área da camada limite, e o violento fenômeno que ocorre assim que o eixo do rotor entrega sua energia potencial, acumulada durante a curvatura do eixo do rotor por pressão, na forma de energia de vibração ou de ressonância, a válvula (300) do reator é fechada por um dispositivo hidráulico (303) que veda completamente o reator e impede a argamassa na área da camada limite de ser liberada através das aberturas (304).

[097] Assim que a argamassa houver sido completamente processada através de uma série de ciclos de pressão e descompressão, conforme descrito acima, a válvula de descarga do reator abre automaticamente e a argamassa é liberada e enviada para uma correia transportadora.

[098] Esse final estágio do procedimento é consistente com a disposição do aparelho, conforme representado na Figura 3B.

[099] O dispositivo hidráulico (303) retraiu a válvula de descarga do reator (300) até uma posição ‘aberta’, de forma a permitir que a argamassa presente na área da camada limite seja descarregada através das aberturas (304), dependendo da direção das setas (305) voltada para uma correia transportadora (não mostrada).

[100] Toda a argamassa presente na câmara de compressão é impulsionada pelo pistão da máquina extrusora em direção à área da camada limite e descarregada através das aberturas da válvula de descarga do reator em direção à correia transportadora, que envia a argamassa, localizada nos estágios iniciais do processo de definição, em direção a uma área de armazenamento, na qual a definição é concluída.

[101] Assim que o processo de definição da argamassa é concluído, um agregado completamente inerte e não poluente é obtido, que pode ser devolvido à natureza, visto que o mesmo se comporta como areia.

[102] O agregado também pode ser usado na indústria da construção, para produzir tijolos ecologicamente corretos para a secagem de bases de estradas e como contrapisos em qualquer tipo de construção.

[103] A Figura 6 é uma vista em perspectiva esquemática do aparelho, de acordo com a presente invenção, que mostra as correias transportadoras (600, 601) que alimentam respectivamente o distribuidor (106) e removem a argamassa tratada do reator (112).

[104] A Figura 6 também mostra a câmara de compressão (111) da máquina extrusora conectada ao reator (112), o motor elétrico (602), o volante (603) e o dispositivo hidráulico (303) para abrir e fechar a válvula de descarga do reator.

Claims

1. MÉTODO PARA TRANSFORMAR RESÍDUOS URBANOS SÓLIDOS EM AGREGADOS, que compreende: - um estágio de seleção e preparação de uma rejeição a partir de resíduos sólidos, de forma a obter uma argamassa caracterizado por compreender: - um estágio de alimentação de um aparelho (100) para transformar resíduos urbanos sólidos orgânicos e inorgânicos em agregados, sendo que o aparelho compreende uma máquina extrusora e um reator, em que a máquina extrusora compreende um cilindro de extrusão (103) através do qual um pistão (104) circula dentro de uma cavidade de extrusão (106) que define um eixo geométrico de extrusão; a extremidade da cavidade de extrusão é hermeticamente conectada ao reator (112); o eixo longitudinal do reator compreende um eixo giratório (116) no qual algumas lâminas (108) são dispostas; entre a extremidade das lâminas e a parede ou domo do reator há uma folga, que é denominada como a camada limite do reator; o eixo giratório do reator e as lâminas denominados conjuntamente como rotor, - um estágio de compressão no qual a argamassa é comprimida pelo pistão da máquina extrusora que se move para frente até entrar em contato com as lâminas do reator, que rejeitam a argamassa, a impelem para o interior da câmara de extrusão e a impedem de se mover para frente com o aumento resultante de pressão - um estágio de processamento no qual: [a] quando o pistão se move para frente, comprime ainda mais a argamassa e a força a penetrar na camada limite do reator, de modo a formar um filme de perímetro, [b] o eixo do reator entra em ressonância, em que a energia potencial acumulada pelo eixo do rotor é liberada como uma emissão de um trem de ondas de choque, de modo a submeter a argamassa que está dentro da cavidade de extrusão a agitação violenta, e também de modo a submeter a argamassa que está na camada limite a picos de pressão produzidos pela vibração do eixo do rotor, [c] após o encerramento do fenômeno de ressonância, a pressão no pistão da máquina extrusora é reduzida, de modo a descomprimir a argamassa, e a compressão da argamassa no rotor é repetida até que entre em ressonância novamente e haja uma nova emissão de ondas de choque, e [d] os ciclos de ressonância e descompressão são repetidos até que a temperatura da argamassa atinja de 85 °C a 98 °C, preferencialmente 92 °C, e - um estágio de descarga.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo estágio de seleção e preparação compreender: a) fornecer resíduos urbanos sólidos a uma estação de tratamento de resíduos; b) carregar resíduos em um triturador, rasgando as sacolas, se houver, e descarregando seu conteúdo em uma correia transportadora de ampla exposição e velocidade predeterminada para a seleção inicial de resíduos recicláveis; c) extrair de forma bem-sucedida os seguintes resíduos durante a seleção inicial: • baterias, componentes eletrônicos, microprocessadores, utensílios domésticos, etc, por seleção manual ou mecânica; • garrafas e recipientes de vidro e plástico por seleção manual ou mecânica; • metais ferromagnéticos: folhas, ferro, pinos, parafusos, pregos, dobradiças, etc, através de sistemas magnéticos; • metais não ferrosos: chumbo, alumínio, bronze, cobre, latão, por seleção manual, mecânica, eletromecânica ou eletromagnética; e enviar esses resíduos para seu tratamento fora da estação de tratamento.

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo estágio de seleção e preparação compreender moer e esmagar a rejeição em uma máquina de moagem e esmagamento.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo estágio de seleção e preparação compreender adicionar um aglutinante, preferencialmente concreto, em que o concrete adicionado tem peso de 20% a 30% em relação à quantidade de resíduos.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo estágio de seleção e preparação compreender adicionar entulho.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo estágio de seleção e preparação compreender ajustar a porcentagem dos componentes da argamassa, adicionando-se opcionalmente água, até que a porcentagem do teor final de água esteja na faixa de 25% e 35% do peso total da argamassa.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo estágio de alimentação compreender remover a argamassa sobrenadante não homogênea e irregular da máquina de moagem e esmagamento, por meio de um ‘abastecedor’, sendo que o abastecedor é controlado por uma unidade microprocessadora que regula a quantidade de argamassa que é removida da máquina de moagem e esmagamento; e enviar uma fração da argamassa através de uma correia transportadora para um distribuidor que alimenta uma câmara de acesso da cavidade de extrusão; após descarregar essa fração da argamassa, uma válvula de entrada da argamassa que o distribuidor tem é fechada e, então, o pistão empurra e puxa o volume de argamassa para dentro de uma câmara de compressão; nessa câmara de compressão, a argamassa, à medida que é pressionada pelo pistão, preenche completamente a seção da câmara de compressão e é levada para a extremidade da cavidade da máquina extrusora.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo estágio de alimentação, a argamassa com a qual a máquina extrusora é alimentada ter uma granulometria compreendida entre 5 e 12 mm.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por no estágio de compressão, os seguintes eventos ocorrerem: - um primeiro evento que consiste em uma violenta rejeição da matéria que entra em contato com as lâminas, e a subsequente moagem e mistura sem pressão dentro da argamassa; - um segundo evento, que ocorre como resultado do pistão que se move para frente e empurra a argamassa contra o rotor, em que a argamassa gira dentro da cavidade de extrusão na direção oposta ao rotor, e a moagem e mistura da argamassa ocorre; - um terceiro evento que causa uma moagem mais fina e uma mistura mais forte da argamassa, submetida a uma pressão entre 3 e 7 kg/cm2; e - um quarto evento, durante o qual a pressão do pistão continua a aumentar e a temperatura da argamassa atinge uma temperatura de mais de 65 °C, preferencialmente 75 °C, devido ao efeito da fricção.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por no estágio de compressão a argamassa atingir uma pressão final compreendida entre 9,5 e 11,5 kg/cm2.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por no estágio de processamento, a camada limite do reator ter uma espessura compreendida entre 0,1 e 0,5 mm, preferencialmente 0,2 mm.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por no estágio de processamento, a argamassa na cavidade de extrusão ser submetida a uma pressão compreendida entre 11 e 14 kg/cm2, preferencialmente uma pressão de 12 kg/cm2.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo rotor girar a uma velocidade compreendida entre 2700 e 3100 rpm, e preferencialmente a 2900 rpm.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por no estágio de processamento, o trem de ondas de choque ser de menos que 80 Hz, formado pela onda fundamental e pelas harmônicas.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por no estágio de processamento, cada ciclo de ressonância e descompressão durar entre 1 e 2 segundos.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado por no estágio de processamento, a descompressão da argamassa entre todo ciclo de ressonância durar entre 1,5 e 2 segundos.

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo estágio de processamento durar entre 25 e 50 segundos.

18. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado por no estágio de descarga, uma válvula de descarga do reator ser aberta e descarrega, como resultado da pressão sobre a argamassa por parte do pistão, e através da camada limite e aberturas dispostas na parte inferior do reator, a argamassa tratada, e a coloca sobre uma correia transportadora que a envia para uma área de armazenamento, em que que a argamassa, em uma forma granulada, é definida e convertida em um agregado.

19. APARELHO (100) PARA TRANSFORMAR RESÍDUOS URBANOS SÓLIDOS ORGÂNICOS E INORGÂNICOS EM AGREGADOS caracterizado por compreender: uma máquina extrusora conectada a um reator; em que a máquina extrusora compreende um cilindro de extrusão (103) através do qual um pistão (104) circula dentro de uma cavidade de extrusão (106) que define um eixo geométrico de extrusão, a extremidade da cavidade de extrusão é hermeticamente conectada ao reator (112); o reator é um tambor (113) com simetria giratória cujo eixo longitudinal é acoplado por meio de uma abertura, com a extremidade da cavidade de extrusão do cilindro da máquina extrusora (114); o eixo longitudinal do reator compreende um eixo giratório (116) que é inserido em suportes (117), que são dispostos nas extremidades do reator; no eixo, algumas lâminas de aço (108) são dispostas; entre a extremidade das lâminas e a parede ou o domo do reator, há uma folga, denominada camada limite do reator, em que o eixo giratório do reator e as lâminas são denominadas conjuntamente rotor, sendo que o eixo giratório do reator é acoplado a um motor elétrico capaz de girar o rotor a uma velocidade compreendida entre 2700 e 3100 rpm, e em que o reator tem uma válvula de descarga (300).

20. APARELHO, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por compreender uma bomba hidráulica que produz pressão hidráulica que atua um cilindro hidráulico (105) que move o pistão para dentro da cavidade de extrusão (106).

21. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 20, caracterizado pela cavidade de extrusão compreender um cilindro, no qual o pistão se move, e que tem três seções: uma primeira seção denominada câmara passiva (107), uma segunda seção ou câmara de acesso (110) e uma terceira seção ou câmara de compressão (111).

22. APARELHO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo cilindro ter um diâmetro interno de 20 cm.

23. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 22, caracterizado por cada seção ter um volume de 10 l.

24. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 23, caracterizado por compreender um distribuidor de alimentação (101) com uma válvula limitadora conectada a uma abertura (109) disposta na câmara de acesso.

25. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 24, caracterizado pelo reator ser um tambor de aço cilíndrico (113) de 23 cm de comprimento e 30 cm de diâmetro interno.

26. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 25, caracterizado pela camada limite do reator ter uma espessura compreendida entre 0,1 e 0,5 mm, preferencialmente 0,2 mm.

27. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 26, caracterizado pelo rotor (200) ser formado por 7 lâminas (108) que são acopladas ao eixo do rotor (116), sendo que o eixo do mesmo é feito de aço SAE 4140, cuja dureza excede 25 Rc, com um diâmetro de 50 mm e uma sustentação de suporte de 30 cm.

28. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 27, caracterizado pelos rolamentos do suporte conter o eixo do rotor de forma a permitir uma ligeira variação angular.

29. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 28, caracterizado pelos encaixes (203) que são rosqueados no eixo e que separam as lâminas do rotor uma das outras terem suas faces opostas divergentes umas das outras, de forma a gerar uma certa folga que aumenta à medida que se movem em direção oposta ao eixo do rotor.

30. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 29, caracterizado pelas lâminas serem feitas de aço e terem uma dureza de núcleo de 25 Rc e 45 Rc em seu perímetro externo.

31. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 30, caracterizado pelo reator ser construído com fundição.

32. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 31, caracterizado pela extremidade livre das lâminas exibir uma superfície externa cuja largura, na direção do eixo longitudinal do reator, é parcialmente sobreposta à largura das lâminas adjacentes, de forma que, à medida que giram, a superfície de cobertura gerada por todas as lâminas é uma superfície contínua, na qual a largura é a distância, na direção do eixo longitudinal do reator, a partir do ponto da superfície externa mais próximo a uma extremidade do reator até o ponto da superfície externa mais próximo à extremidade oposta do reator.

33. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 32, caracterizado pelo reator (112) ser acoplado transversalmente, a 90° do eixo geométrico de extrusão, com a extremidade da cavidade de extrusão (106) do cilindro da máquina extrusora.