BR112018012372B1

BR112018012372B1 - Separador por hidrociclone e sistema para classificação de partículas

Info

Publication number: BR112018012372B1
Application number: BR112018012372-2A
Authority: BR
Inventors: Kevin Sutherland; Brian Knorr; Lars Grönvall
Original assignee: Metso Minerals Industries, Inc.
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2021-11-23
Also published as: RU2734226C2; EP3389873A1; MX2018007495A; CN108778517B; WO2017103846A1; CA3008766A1; BR112018012372A2; ZA201803878B; CL2018001629A1; PE20181312A1; US9827575B2; CN108778517A; AU2016370774B2; UA125964C2; RU2018123783A; AU2016370774A1; US20170173598A1; RU2018123783A3

Abstract

separador por hidrociclone e sistema para classificação de partículas. é divulgado um separador por hidrociclone (1) para a classificação de material sólido em suspensão líquida. o separador por hidrociclone (1) compreendendo um cabeçote (10) tendo um conduto de entrada (11) e uma parte de separação de forma cônica afunilada (20). de acordo com a invenção, o separador por hidrociclone (1) compreende uma ou mais bordas internas que interferem no fluxo de material dentro do separador por hidrociclone.

Description

Campo de invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um aparelho para a classificação de material particulado, por exemplo, agregados, e em particular a classificação utilizando um hidrociclone.

Antecedentes

[0002] Em geral, a classificação pode ser descrita como um método de separação de misturas de, por exemplo, partículas em dois ou mais produtos. Ela é conhecida por usar hidrociclones para a realização da classificação de material particulado e eles provaram ser muito eficientes em tamanhos de separação finos. Muitas vezes os hidrociclones compreendem uma parte de topo cilíndrica dentro da qual uma polpa (“slurry”) contendo as partículas a serem classificadas é alimentada, e um transbordamento (“overflow”) é provido na parte superior da parte de topo cilíndrica. Anexado a uma extremidade inferior da parte de topo está um receptáculo de forma cônica que é aberto na sua extremidade menor. A polpa é tipicamente alimentada tangencialmente ou em um trajeto em voluta para a parede externa da parte de topo, criando assim uma corrente de turbilhonamento da polpa, corrente a qual segue um trajeto diminuindo gradualmente o raio para um ponto próximo do raio mais estreito do cone, geralmente conhecido como a ponta (“apex”). Conforme o trajeto em espiral se aproxima da ponta do hidrociclone, uma parte deste gira e começa a fluir em direção da extremidade oposta, ou seja, em direção à seção cilíndrica. Além disso, este fluxo está de um percurso em espiral mas com um raio menor que o raio da primeira espiral durante a rotação na mesma direção. Assim, um vórtice é gerado dentro do hidrociclone. A pressão será menor ao longo do eixo geométrico central do vórtice e aumenta radialmente para fora na direção da parede externa do hidrociclone. A ideia é que o hidrociclone irá separar as partículas da polpa de acordo com a forma, o tamanho e a gravidade específica com o movimento das partículas de sedimentação mais rápido em direção da parede externa do hidrociclone deixando, eventualmente, o hidrociclone através do subtransbordamento (“underflow”). Partículas de sedimentação mais lentas irão se mover na direção do eixo geométrico central e percurso ascendente, eventualmente, deixando o hidrociclone por meio de um tubo de descarga (transbordo). O tubo de descarga está normalmente se estendendo para baixo dentro da seção cilíndrica de tal modo que um cruzamento da alimentação é impedido. Isto também é conhecido como um “localizador de vórtice”. Esta separação de acordo com a forma, o tamanho e a gravidade específica é por vezes denominada “estratificação”. No entanto, esta estratificação do material não é sempre completamente obtida fazendo, assim, uma classificação incompleta. Sumário

[0003] Um objetivo da invenção é o de superar, ou pelo menos atenuar os problemas acima mencionados. Um objetivo particular é o de prover um hidrociclone com propriedades de estratificação melhoradas.

[0004] De acordo com a invenção, estes e outros objetivos são alcançados, no todo ou pelo menos em parte, por um separador por hidrociclone para a classificação de material sólido em suspensão líquida conforme descrito. O separador por hidrociclone compreende um cabeçote tendo um conduto de entrada e uma parte de separação de forma cônica afunilada. De acordo com a invenção, o separador por hidrociclone compreende uma ou mais bordas internas que interferem (“disturb”) o fluxo de material dentro do separador por hidrociclone.

[0005] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, estes e outros objetivos são alcançados, no todo ou pelo menos em parte, por um separador por hidrociclone para a classificação de material sólido em suspensão fluida, compreendendo, pelo menos, um cabeçote tendo um conduto de entrada adaptado para alimentar uma suspensão dentro do cabeçote e uma parte de separação de forma cônica afunilada. De acordo com este primeiro aspecto, a extremidade superior da parte de separação de forma cônica afunilada é acoplada a uma extremidade inferior do cabeçote e o diâmetro interno na extremidade superior da parte de separação de forma cônica afunilada é maior do que o diâmetro interno na extremidade inferior do cabeçote. Esta diferença nos diâmetros cria uma borda sobre a superfície interna do hidrociclone que irá interferir o fluxo de passagem de material na referida borda durante o uso do hidrociclone. Conforme o fluxo de partículas passa sobre a borda ele é interferido a um certo grau, e partículas presas entre si podem se soltar uma da outra. Além disso, através da criação de uma interferência no fluxo de material contra as paredes do ciclone o material mais grosso pode ser forçado a se afastar da parede para remisturar com o fluxo adjacente para a finalidade de desalojar o acúmulo contra as paredes e liberar os materiais finos arrastados da região da parede que ficaram presas pelo acúmulo do material grosso. Colocado de outra maneira, a provisão de uma borda, partículas que por algumas razões são aprisionadas em uma posição incorreta dentro do hidrociclone podem ser liberadas e ser permitidas a assumir uma posição correta. Assim, a estratificação do fluxo de material e a qualidade de classificação pode ser melhorada. Além disso, como indicado acima, a pressão em um hidrociclone varia ao longo de um raio do mesmo e a diferença na pressão ocorrendo em uma borda, devido à variação no diâmetro fará com que as partículas sejam liberadas e permitidas a remisturar dentro do hidrociclone. Assim, se por exemplo uma partícula muito pequena que está inicialmente presa sobre uma partícula maior pode ser liberada, ela pode assumir a sua posição correta dentro do hidrociclone, ou seja, mover-se mais na direção do eixo geométrico central do hidrociclone e sair do hidrociclone através do transbordo. Isto está em nítido contraste com a situação onde ela permanece presa à partícula maior, caso no qual ele seguiria a partícula maior em direção da periferia do hidrociclone e, de forma incorreta, deixaria o hidrociclone através do subtransbordamento (“underflow”).

[0006] De acordo com um segundo aspecto da invenção, estes e outros objetivos também são alcançados, no todo ou pelo menos em parte, através de um separador por hidrociclone para a classificação do material sólido em suspensão fluida, compreendendo pelo menos um cabeçote tendo um conduto de entrada adaptado para alimentar uma suspensão dentro do cabeçote e uma parte de separação de forma cônica afunilada. De acordo com este segundo aspecto, a extremidade superior da parte de separação de forma cônica afunilada é acoplada a uma extremidade inferior do cabeçote e uma ranhura é provida sobre uma superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada de modo que uma borda seja criada a qual interfere em um fluxo de passagem de material na referida borda. A borda interferindo o fluxo de material é provida por uma ranhura na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada. Aqui, entende-se que a ranhura pode ser constituída por um recesso ou uma projeção provida na superfície interna, ou uma combinação de ambos. Tanto a projeção e o recesso asseguram a interferência desejável do fluxo, tal que a estratificação é melhorada. A disposição da ranhura na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada torna possível alcançar uma interferência necessária a uma determinada posição dentro do hidrociclone. A distribuição do tamanho de partículas dentro de um hidrociclone durante a utilização não é de forma homogênea e tendo toda a superfície interna da parte de separação do hidrociclone disponível, a ranhura, ou ranhuras, pode(m) ser localizada(s) na posição ou posições melhor(es) possível(is) alcançar a melhor estratificação.

[0007] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, estes e outros objetivos também são alcançados, no todo ou pelo menos em parte, por um separador por hidrociclone para a classificação de material sólido em suspensão fluida, compreendendo pelo menos um cabeçote tendo um conduto de entrada adaptado para alimentar uma suspensão dentro do cabeçote e uma parte de separação de forma cônica afunilada. De acordo com este terceiro aspecto, a parte de separação de forma cônica afunilada é constituída por um segmento de tubo de forma cônica afunilada e uma extremidade superior do segmento de tubo de forma cônica afunilada é acoplada a uma extremidade inferior do cabeçote. O diâmetro interno na extremidade superior do segmento de tubo de forma cônica afunilada é maior do que o diâmetro interno na extremidade inferior do cabeçote de tal modo que uma borda é criada a qual interfere em um fluxo de passagem de material na referida borda. A utilização de um segmento de tubo provê uma parte de separação durável já que o material do tubo tipicamente tem boas propriedades ao desgaste e que pode ser facilmente provida com, por exemplo, cerâmicas ou outro material de melhora ao desgaste sobre uma superfície interna. Além disso, o material de tubo é flexível e, se desejado, pode adaptar a sua forma para a carga aplicada ao mesmo. Um tubo é tipicamente um produto em camadas fabricado em um mandril cujo desenho pode ser facilmente adaptado conforme desejado, a fim de conseguir uma forma optimizada para um processo específico. Mesmo formas complicadas com raios e diâmetros variando do segmento de tubo podem ser obtidas sem muito trabalho extra. A rigidez do segmento de tubo também pode ser adaptada, conforme necessário em cada situação específica, provendo um segmento de tubo com um número adequado de camadas, por exemplo, (uma camada de desgaste interna, um suporte e uma camada de cobertura externa) tendo respectivas propriedades de rigidez. Em comparação com as partes de separação feitas, por exemplo, de aço um segmento de tubo é mais fácil de fabricar, mais barato e mais modelável e mesmo formas muito complicadas podem ser fabricadas de uma única parte. Uma vez que quaisquer moldes complicados e caros são necessários, os custos de produção podem ser mantidos ao mínimo. Ao dispor um flange na extremidade do segmento de tubo uma conexão simples e confiável para o cabeçote pode ser obtida e a troca de partes desgastadas é ainda mais simplificada pelo fato que um segmento de tubo pode ser provido em um único elemento sem qualquer cobertura ou semelhante.

[0008] Em uma das concretizações, a ranhura é provida na forma de uma projeção saliente a partir da superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada. Ao prover a superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada com uma ranhura saliente, a interferência do fluxo de material pode ser provida para uma extensão requerida. A projeção pode ser obtida diretamente, por exemplo, em um processo de moldagem da parte de separação, ou adicionada sobre a superfície em um estágio separado.

[0009] Em uma das concretizações, a ranhura é provida na forma de um recesso na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada. Ao prover a superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada com um recesso, a interferência do fluxo de material pode ser provida para uma extensão requerida. O recesso pode ser diretamente obtido, por exemplo, em um processo de moldagem da parte de separação, ou usinado ou semelhantes na superfície em um estágio separado.

[0010] Em uma das concretizações, a ranhura se estende na forma de um arco. Não é necessário que a ranhura se estenda em torno de todo o perímetro do cone.

[0011] Em uma das concretizações, a ranhura se estende ao longo de um perímetro da parte de separação de forma cônica afunilada. Ao prover uma ou mais ranhuras estendendo ao longo de todo um perímetro da superfície interna do cone, interferência suficiente do fluxo pode ser obtida nos locais desejados dentro do hidrociclone.

[0012] Em uma das concretizações, a ranhura se estende ao longo de um percurso helicoidal na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada. Ao dispor a ranhura em um padrão helicoidal na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada, a interferência contínua do fluxo de material é obtida.

[0013] Em uma das concretizações, o percurso helicoidal na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada se estende em contracorrente a um fluxo de material sólido em suspensão fluida. A interferência pode ser ainda melhorada se a ranhura helicoidal percorres em uma direção em contracorrente ao fluxo de material.

[0014] Em uma das concretizações, a parte de separação de forma cônica afunilada compreende uma pluralidade de partes, e sendo que um diâmetro interno de uma extremidade inferior de uma parte superior é menor do que um diâmetro interno de uma extremidade superior de uma parte inferior adjacente, de tal modo que uma segunda borda é criada. Isto permite a adaptação do tamanho da borda, uma vez que será possível prover partes de diâmetros diferentes um adjacente ao outro a fim de criar uma borda com propriedades desejadas em situações diferentes.

[0015] Em uma das concretizações, a parte de separação de forma cônica afunilada compreende uma pluralidade de partes, e sendo que as diferentes partes têm diferentes ângulos de conicidade, ou ângulos de conicidade, de modo a adaptar-se a, por exemplo, diferentes velocidades de fluxo em diferentes partes.

[0016] Em uma das concretizações, o segmento de tubo compreende uma camada de desgaste interna tendo uma superfície interna, adaptada para contato com o material sólido em um fluido, e uma superfície externa. O segmento de tubo compreende ainda uma estrutura de suporte enrolada, tecida ou trançada sobre a referida superfície externa e uma camada de cobertura externa sendo disposta sobre a referida estrutura de suporte. Nesta concretização, o segmento de tubo pode ainda compreender um sistema de monitoramento compreendendo pelo menos um sensor de umidade disposto para detectar a umidade dentro ou na referida estrutura de suporte, bem como meios de comunicação acoplados ao referido sensor de umidade para prover um sinal representativo de detecção de umidade dentro ou na referida estrutura de suporte. Uma vez que o fluxo de partículas tipicamente compreende em líquido na forma de água, um sensor de umidade disposto dentro do segmento de tubo pode ser usado como um indicador de desgaste. Ao utilizar a estrutura de suporte para detectar a umidade, qualquer vazamento ao longo da direção longitudinal da parte de separação irá dar uma detecção, conforme a estrutura de suporte é enrolada, tecida ou trançada em torno da superfície externa da camada de desgaste interna ao longo da direção longitudinal da parte de separação e irá conduzir e guiar o fluido a partir do referido vazamento ao longo da direção longitudinal da parte de separação para pelo menos um citado sensor, e os meios de comunicação apresentarão a detecção de umidade, dando ao operador da instalação um aviso antecipado do desgaste da parte de separação. Através da criação de uma cavidade entre a estrutura de suporte e uma camada adjacente do segmento de tubo, é assegurado que tanto água ou outros líquidos sejam guiados em direção ao sensor de umidade e/ou de pressão do sistema de monitoramento. Muitas vezes, borracha é utilizada nos tubos e se uma camada de borracha é adjacente à estrutura de suporte, por exemplo, na forma de um cordão de aço em espiral, não é vulcanizada à estrutura de suporte, tal cavidade sendo facilmente criada.

[0017] Em uma das concretizações, a referida estrutura de suporte tem uma estrutura que orienta ou conduz o fluido ao longo da sua estrutura. Isto assegura que um vazamento seja guiado em direção de pelo menos um sensor de umidade, de tal modo que um desgaste indicado possa ser comunicado.

[0018] Em uma das concretizações, a referida estrutura de suporte compreende um cabo de aço.

[0019] Em uma das concretizações, o sistema de monitoramento compreende ainda pelo menos um sensor de pressão disposto para medir a pressão dentro ou na referida estrutura de suporte e meios de comunicação acoplados ao referido sensor de pressão para prover um sinal representativo de detecção de pressão dentro ou na referida estrutura de suporte. Com uma tal disposição, o sensor de umidade pode prover uma primeira indicação de desgaste e de vazamento, enquanto que o sensor de pressão mede a pressão dentro da estrutura de suporte e pode prover uma segunda indicação de desgaste e de alarme em um valor limite predeterminado antes do acúmulo de pressão dentro a parte de separação dando origem a uma situação de perigo ou crítica.

[0020] Em uma das concretizações, a estrutura de suporte compreende pelo menos uma camada de cordão enrolado sobre a referida superfície externa. O cordão com os seus fios de urdidura irá conduzir e guiar o vazamento de fluido ao longo da estrutura de suporte para o sensor e dará uma indicação sobre o sensor e assim por diante.

[0021] Em uma das concretizações, a estrutura de suporte compreende uma estrutura em espiral enrolada em torno da referida superfície externa ou sobre pelo menos uma referida camada de cordão. Tal estrutura em espiral irá prover uma cavidade circunferencial em torno da estrutura em espiral, e o vazamento de fluido dentro da camada com a estrutura em espiral irá entrar nesta cavidade circunferencial e percorrer ao longo da estrutura em espiral e dará a indicação sobre o sensor quando atingir a área dentro da estrutura de suporte tendo um sensor de umidade. Ao utilizar a cavidade circunferencial em torno da estrutura em espiral para a detecção de qualquer umidade, qualquer vazamento ao longo da direção longitudinal da parte de separação irá dar uma detecção, como a cavidade circunferencial está se estendendo ao longo da direção longitudinal da parte de separação, e um vazamento em uma posição, irá encher o interior da cavidade circunferencial dando uma indicação no sensor e os meios de comunicação apresentarão a detecção de umidade, dando um aviso antecipado para o operador da instalação de um desgaste crítico da parte de separação.

[0022] Em uma das concretizações, a borda é arredondada para prover uma transição suave a partir de um diâmetro menor para um diâmetro maior. A forma e dimensão da borda arredondada é influente no grau de interferência gerada. O conceito de uma borda arredondada requer que as dimensões não causem um colapso da estrutura do núcleo de ar no ciclone durante a operação, elas, ao contrário, proporcionam uma interferência suave criando a oportunidade de remistura e reclassificação. Assim, o uso de bordas arredondadas em alturas limitadas é benéfico na criação do efeito desejado sem interferir nos princípios de funcionamento de um ciclone. Além disso, uma transição suave não será afetada pelo desgaste como uma transição mais acentuada.

[0023] Outros objetivos, características e vantagens da presente invenção aparecerão a partir da descrição detalhada a seguir, a partir das reivindicações em anexo, assim como a partir dos desenhos. Deve ser notado que a invenção se refere a todas as combinações possíveis das características.

[0024] Geralmente, todos os termos utilizados nas reivindicações são para ser interpretados de acordo com o seu significado comum no campo técnico, a menos que explicitamente definido aqui de outra forma. Todas as referências a “um/uma/o, a, os, as [elemento, dispositivo, componente, meio, etapa, etc.]” são para serem interpretadas abertamente como referindo-se para pelo menos um exemplo do citado elemento, dispositivo, componente, meio, etapa, etc.., a menos que explicitamente indicado de outra forma. As etapas de qualquer método aqui descrito não têm que ser realizadas na ordem exata descrita, a menos que indicado explicitamente.

[0025] Como aqui utilizado, o termo “compreendendo” e variações desse termo, não se pretende excluir outros aditivos, componentes, números inteiros ou etapas.

Breve descrição dos desenhos

[0026] A invenção será descrita em mais detalhes com referência aos desenhos esquemáticos anexos, que mostram um exemplo de uma concretização atualmente preferida da invenção.

[0027] A Figura 1 é uma vista esquemática de um separador por hidrociclone tal como é conhecido na técnica anterior;

[0028] A Figura 2 é uma vista esquemática de um separador por hidrociclone de uma concretização de um primeiro aspecto da invenção;

[0029] A Figura 3 é um detalhe do hidrociclone divulgado na Figura 2;

[0030] A Figura 4 é uma vista em corte transversal de um separador por hidrociclone de uma primeira concretização de um segundo aspecto da invenção;

[0031] A Figura 5 é uma vista em corte transversal de um separador por hidrociclone de uma segunda concretização do segundo aspecto da invenção;

[0032] A Figura 6 é uma vista em corte transversal de um separador por hidrociclone de uma primeira concretização de um terceiro aspecto da invenção;

[0033] A Figura 7 é uma vista em corte transversal de uma parte de separação de forma cônica afunilada de uma segunda concretização do terceiro aspecto da invenção; e

[0034] A Figura 8 é uma vista em corte transversal de uma parte de separação de forma cônica afunilada de uma terceira concretização do terceiro aspecto da invenção.

Descrição detalhada

[0035] A presente invenção será agora descrita mais completamente daqui em diante com referência aos desenhos anexos, nos quais são mostradas as concretizações atualmente preferidas da invenção. A presente invenção pode, no entanto, ser realizada de muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às concretizações aqui apresentadas, ao contrário, estas concretizações são providas para a exatidão e abrangência completa, e para transmitir totalmente o escopo da invenção ao destinatário especializado. Em toda a parte, caracteres de referência semelhantes referem- se a elementos semelhantes.

[0036] A Figura 1 mostra uma vista esquemática de um separador por hidrociclone 1 da técnica anterior. Este separador por hidrociclone 1 compreende um cabeçote cilíndrico 10. Uma entrada de conduto 11 é disposta para alimentar uma suspensão de material sólido no cabeçote cilíndrico 10, e um tubo de descarga de trasbordamento 12 é disposto axialmente através do topo do cabeçote cilíndrico 10. O cabeçote cilíndrico 10 é conectado com uma parte de separação de forma cônica afunilada 20. A polpa é tipicamente alimentada tangencialmente ou em um trajeto em voluta através da parede externa 13 do cabeçote 10, criando, assim, um movimento em turbilhão 14 da polpa a qual segue um trajeto de raio gradualmente decrescente em direção do ponto do raio mais estreito do cone e da ponta 15. Conforme o trajeto em espiral se aproxima da ponta 15 do hidrociclone 1, uma parte 16 deste gira e começa a fluir em direção a extremidade oposta, ou seja, em direção do cabeçote. Além disso, este fluxo 16 está em um trajeto em espiral de raio menor que o raio da primeira espiral 14, durante a rotação na mesma direção. Assim, um vórtice é gerado dentro do hidrociclone 1. A pressão será menor ao longo do eixo geométrico central do vórtice e aumenta radialmente para fora na direção da parede externa 13 do hidrociclone 1. O hidrociclone 1 irá separar as partículas da polpa de acordo com a forma, o tamanho e a gravidade específica com partículas de sedimentação mais rápidas movendo em direção da parede externa do hidrociclone 1 deixando, eventualmente, o hidrociclone através do subtransbordamento (“underflow”) 17. As partículas de sedimentação mais lentas se moverão na direção do eixo geométrico central e percorrerão para cima deixando, eventualmente, o hidrociclone através de um tubo de descarga 12 (transbordo). O tubo de descarga 12 encontra-se normalmente estendido para baixo no cabeçote 10 de tal modo que um cruzamento da alimentação é impedido. Esta separação de acordo com a forma, o tamanho e gravidade específica pode ser denominada “estratificação”.

[0037] A Figura 2 mostra uma seção transversal de uma concretização do primeiro aspecto da invenção. O hidrociclone 1, de acordo com este aspecto da invenção, compreende um cabeçote 10 que aqui é ilustrado como sendo geralmente cilíndrico. O técnico entende, no entanto, que outras formas são possíveis, tais como, uma forma de cone ou de uma forma curvada. O cabeçote em forma de cone pode, por exemplo, ter um ângulo de conicidade entre 0 a 20 graus. Na conexão entre o cabeçote 10 e uma parte separação de forma cônica afunilada subjacente 20, uma borda 18 está disposta. Esta borda 18 é obtida por prover um cabeçote 10 tendo um diâmetro na sua extremidade inferior, que é um pouco menor do que o da extremidade superior da parte de separação de forma cônica afunilada subjacente 20. Quando material entra no hidrociclone 1 através da entrada 11, em seu trajeto para baixo através do hidrociclone, atinge a borda 18, o fluxo será interferido a um certo ponto. Através da criação de uma interferência no fluxo de material contra as paredes do ciclone o material mais grosso pode ser forçado a se afastar da parede para remisturar com o fluxo adjacente com a finalidade de desalojar o acúmulo contra as paredes e liberar materiais finos arrastados a partir da região de parede os quais foram presos pelo acúmulo do material grosso. Colocado de outra maneira, o fornecimento de uma borda, as partículas que, por algumas razões são aprisionadas, em uma posição incorreta dentro do hidrociclone, podem ser liberadas e permitidas a assumir uma posição correta. Assim a estratificação do fluxo de material e a qualidade de classificação podem ser melhoradas. Além disso, como indicado acima, a pressão em um hidrociclone varia ao longo de um raio do mesmo e a diferença de pressão que ocorre em uma borda, devido à variação no diâmetro fará com que as partículas serem liberadas e permitidas a se remisturarem dentro do hidrociclone. Além disso, as partículas que estão presas umas às outras, por exemplo, partículas de menor tamanho presas às partículas de maior tamanho, podem soltar-se devido ao choque que ocorre quando o fluxo passa a partir do diâmetro reduzido do cabeçote 10 para o diâmetro maior da parte de separação de forma cônica afunilada 20. A separação de partículas uma da outra permite uma melhor estratificação do material a ser classificado. Conforme indicado na Figura 3, a qual é um detalhe do hidrociclone 1 mostrado na Figura 2, o alargamento do diâmetro na borda 18 pode ser provido com uma transição suave. Uma borda lisa não irá causar um colapso da estrutura do núcleo de ar no ciclone durante a operação, causando o que é chamado de “amarração” sendo que a eficiência de separação irá cair, e o material sobredimensionado irá se descarregar através do transbordamento (“overflow”). Ao contrário, uma borda lisa proporciona uma interferência suave criando uma oportunidade de remistura e reclassificação. Assim, o uso de bordas arredondadas em alturas limitadas é benéfico na criação do efeito desejado, sem interferir nos princípios de funcionamento de um ciclone. Além disso, uma transição suave não será afetada pelo desgaste como uma transição mais acentuada. Além disso, e conforme mostrado na Figura 2, a parte de separação de forma cônica afunilada 20 pode ser provida com uma variação do ângulo de conicidade. Por exemplo, o ângulo de conicidade pode ser relativamente menor em uma primeira seção, maior em uma segunda seção e ligeiramente menor novamente em uma terceira seção. Outras combinações podem, evidentemente, serem também providas, dependendo da exigência específica em diferentes situações.

[0038] Nas Figuras 4 e 5 são mostradas concretizações do segundo aspecto da invenção. Aqui, ranhuras 19 estão provendo a interferência ao fluxo de material. Conforme o fluxo passa nas ranhuras 19, as quais podem ser providas na forma de recessos ou projeções na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada 20, semelhante à concretização previamente descrita em relação as Figuras 2 e 3, as partículas são sujeitas a um a efeito descrito previamente que separa as partículas que estão presas umas às outras e obriga as partículas a serem remisturadas, melhorando assim a ação de estratificação do hidrociclone 1. Na Figura 4, as ranhuras 19 são dispostas em uma pluralidade de planos, cada um se encontra substancialmente perpendicular a um eixo geométrico longitudinal do hidrociclone 1. É óbvio também ser possível prover uma única ranhura 19, que se encontra em um plano substancialmente perpendicular a um eixo geométrico longitudinal do hidrociclone 1 ou em um plano inclinado a um eixo geométrico longitudinal do hidrociclone 1. É também possível dispor as ranhuras 19 em uma pluralidade de planos, sendo cada um inclinado a um eixo geométrico longitudinal do hidrociclone 1. Combinações de planos inclinados e perpendiculares também são concebíveis dentro do escopo da presente invenção. Além disso, a ranhura ou ranhuras 19 pode estender-se ao longo de todo o perímetro da parte de separação de forma cônica afunilada 20 ou pode estender-se apenas ao longo de uma parte do perímetro da parte de separação de forma cônica afunilada 20, ou seja, na forma de um arco. O número de ranhuras, sua extensão e inclinação são todos os parâmetros que podem ser ajustados a fim de prover as propriedades desejáveis do hidrociclone 1 como requerido em situações específicas. Outra concretização é mostrada na Figura 5. Aqui, a(s) ranhura(s) 19 é (são) disposta(s) ao longo de um percurso helicoidal na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada 20. Em uma concretização preferida o trajeto helicoidal das ranhuras 19 percorre em uma direção de contracorrente ao fluxo de material, mas também é possível percorrer com a corrente do fluxo de material. A ranhura helicoidal percorrendo em contracorrente permite uma maior interagir entre a polpa e a(s) ranhura(s). O passo de um percurso helicoidal percorrendo com a corrente deve ser selecionado de tal forma que seja assegurado que o fluxo de material passe através da(s) ranhura(s) 19, embora eles percorram com a corrente do fluxo do material. Para ambas as concretizações descritas nas Figura 4 e na Figura 5, a provisão de protuberâncias e/ou recessos lisos proporcionam as mesmas vantagens conforme descritas anteriormente em relação às bordas lisas.

[0039] A Figura 6 mostra uma concretização de um terceiro aspecto da invenção. Aqui, a parte de separação de forma cônica afunilada 20 compreende um segmento de tubo 21. O segmento de tubo 21 é anexado ao cabeçote 10 por meio do flange 22, fixados por parafusos e porcas ou meios de união semelhantes. Semelhante à solução descrita nas Figuras 2 e 3, o diâmetro interno na extremidade superior do segmento de tubo de forma cônica afunilada 20, 21 é maior do que o diâmetro interno na extremidade inferior do cabeçote 10, de tal modo que uma borda 18 é criada a qual interfere em um fluxo de material passando na borda 18. No entanto, é claro que é possível prover a superfície interna do segmento de tubo 21 com ranhuras 19, conforme descrito acima em relação com o segundo aspecto da invenção. Tais ranhuras 19 também podem ser combinadas com uma borda 18 disposta entre o cabeçote 10 e o segmento do tubo 21. A utilização de um segmento de tubo 21 proporciona uma parte de separação durável 20 em um hidrociclone 1 uma vez que o material do tubo tipicamente tem boas propriedades ao desgaste e pode ser facilmente provida com, por exemplo, cerâmica ou outro material de melhoramento ao desgaste na superfície interna do segmento de tubo. Além disso, o material de tubo é flexível e pode, se desejado, ser concebido para se adaptar à carga aplicada a ele. Um tubo é tipicamente um produto em camadas fabricado em um mandril cuja concepção pode ser facilmente adaptada para mais ou menos quaisquer formas e tamanhos desejados que possam ser desejados de modo a obter uma parte de separação 20 otimizada para um determinado processo. Mesmo formas complicadas com diferentes raios e diâmetros do segmento de tubo podem ser obtidas sem muito trabalho extra. A rigidez do segmento de tubo 21 também pode ser adaptada conforme necessário em cada situação específica, proporcionando um segmento de tubo com um número adequado de camadas, (por exemplo, uma camada de desgaste interna, uma camada de suporte e uma de cobertura externa) tendo propriedades rigidez respectiva adequadas. Em comparação com as partes conicamente afuniladas feitas, por exemplo, a partir de aço, um segmento de tubo é mais fácil de fabricar, mais barato e mais modelável e mesmo formas muito complicadas podem ser fabricadas de uma peça única. Uma vez que moldes complicados e caros não são necessários, os custos de produção podem ser evitados. Ao dispor um flange na extremidade do segmento de tubo uma conexão simples e confiável para o cabeçote pode ser obtida e a troca de partes desgastadas é ainda mais simplificada pelo fato que um segmento de tubo pode ser provido em um único elemento sem qualquer revestimento ou semelhante. Naturalmente, a superfície interna do segmento de tubo 21 pode ser provida com ranhura(s) 19 tal como descrito acima, em adição a borda 18 entre o segmento de tubo 21 e o cabeçote 10 ou ao contrário de tal borda 18. Além disso, graças ao usinabilidade do material do tubo, diferentes partes do segmento de tubo 21 podem ter diferentes diâmetros e diferentes ângulos de conicidade. Além disso, partes ou a totalidade da superfície interna do segmento de tubo 21 podem ser providas com materiais de melhoramento ao desgaste tais como a cerâmica.

[0040] Em outra concretização deste aspecto da invenção, o segmento de tubo 21 é provido com um sistema de monitoramento compreendendo pelo menos um sensor de umidade 30 disposto para detectar a umidade em dentro ou na referida estrutura de suporte, e meio de comunicação 60 acoplado ao citado sensor de umidade 30, para prover um sinal representativo de detecção de umidade dentro ou na referida estrutura de suporte. Um sensor de pressão adicional 40 pode também ser provido dentro ou na referida estrutura de suporte e meio de comunicação 60 acoplado ao referido sensor de pressão 40 para prover um sinal representativo de detecção de pressão dentro ou na referida estrutura de suporte. Atualmente, a maioria dos tubos utilizados são normalmente desgastados completamente através dos segmentos antes de ser detectado o desgaste. Isso pode provocar o vazamento de material, o que não é apenas um perigo para o corpo de funcionários, devido à alta pressão do material no hidrociclone, mas o derrame pode ser um perigo para o ambiente, bem como a perda óbvia na produção. Consequentemente, é uma vantagem que o operador da instalação possa ser pré- avisado de tal situação e, consequentemente, é desejável detectar tais locais de desgaste e pré-avisar o operador da instalação para evitar desgastar o tubo completamente através dos segmentos e permitir ter o segmento de tubo trocado antes deste chegar a uma situação crítica.

[0041] As Figuras 7 e 8 mostram duas versões de como o segmento de tubo 21 pode ser estruturado e como o sensor de umidade 30 e o sensor de pressão 40 podem ser dispostos dentro do segmento de tubo 21. As Figuras 7 e 8 mostram uma ampliação parcial de um segmento de tubo 21 mostrando as diferentes camadas da parede do mesmo. A camada assinalada com o número de referência 34 é uma camada de desgaste interna tendo uma superfície interna, a qual é adaptada para contato com material sólido em um fluido, e uma superfície externa. As camadas marcadas com o número de referência 32 e 33 são duas camadas de cordão, camadas de cordão que estão dispostas para contornar a superfície externa da primeira camada para prover a equalização da pressão em torno e ao longo do segmento de tubo. Assim, nesta concretização, a estrutura de suporte compreende as duas camadas de cordão 32 e 33. E, finalmente, a camada marcada com o número de referência 31 é uma camada de cobertura externa sendo disposta sobre a camada de cordão mais externa 32. Na concretização mostrada na Figura 7, o sistema de monitoramento foi disposto durante a fabricação do segmento de tubo. Um sensor de umidade sem fios 30 foi posicionado entre as duas camadas de cordão 32 e 33 para ser alinhado e detectar qualquer umidade sendo direcionada ao longo ou dentro da estrutura de suporte compreendendo as camadas de cordão 32 e 33. O cordão com os seus fios de urdidura irá conduzir e guiar o vazamento de fluido ao longo da estrutura de suporte para o sensor, e dará uma indicação no sensor. Na concretização da Figura 7, um sensor de pressão sem fios opcional 40 também foi posicionado entre as duas camadas de cordão 32 e 33 para ser alinhado e detectar qualquer umidade sendo direcionada ao longo ou dentro da estrutura de suporte compreendendo as camadas de cordão 32 e 33. O sensor de umidade e o sensor de pressão podem compreender sensores sem fios, por exemplo, baseados na identificação por rádio frequência (RFID). Na concretização mostrada na Figura 8, um sistema de monitoramento foi disposto para detectar umidade na referida estrutura de suporte, isto é, nas camadas de cordão 32 e 33. O sistema de monitoramento foi disposto pelo corte através da camada de cobertura externa 31 e da primeira camada de cordão 32 proporcionando uma cavidade de sensor 50. O sensor de umidade 30 é posicionado dentro da cavidade de sensor 50 ou na parede de fechamento 35. Um sensor de pressão 40 pode também ser disposto dentro da cavidade de sensor 50 ou em uma parede de fechamento 35. A cavidade de sensor 50 é fechada hermeticamente do lado de fora do tubo. Conforme ainda ilustrado esquematicamente nas Figuras 7 e 8, os sensores de umidade 30 e sensores de pressão 40 são dispostos em comunicação com o meio de comunicação 60, que também pode compreender um sistema de monitoramento automático, incluindo dispositivos de sinalização 36, pelo menos um ponto de acesso 37 para a coleta de dados a partir de todos os dispositivos de sinalização 36 dentro da sua faixa, e um servidor de alarme/monitoramento 38 para a coleta de dados a partir de cada ponto de acesso 37. Tais meios de comunicação podem se comunicar com fio ou sem fio, por exemplo, via Wi-Fi ou GPRs, e o referido servidor de alarme/monitoramento 38 pode compreender servidores com um sistema baseado em nuvem, e todos dados podem ser apresentados em um navegador web, PC, Mac, iPad e telefones inteligentes, como iPhone, Android e Windows Phone podem ser utilizados para a notificação imediata após a detecção de umidade.

[0042] Quando tendo segmentos de tubo 21 dispostos em um hidrociclone, cada segmento de tubo 21 tem pelo menos um sensor de umidade separado 30 e, opcionalmente, pelo menos um sensor de pressão separado 40, qualquer detecção de umidade e/ou uma detecção de pressão acima de um valor limite estabelecido, será estabelecido um aviso que é específico do dispositivo, e o operador da instalação será capaz de identificar qual segmento de tubo necessita ser substituído. Se uma pluralidade de segmentos de tubo é geralmente montada em conjunto, cada segmento tem o seu pelo menos um próprio sensor de umidade 30 e, opcionalmente, pelo menos um sensor de pressão 40, e quando da detecção de um alarme, o operador da instalação saberá qual o segmento do tubo para substituir. Ao detectar a umidade entrando na estrutura de suporte do segmento de tubo 21, ou dentro de uma cavidade criada entre a estrutura de suporte e uma camada adjacente do segmento de tubo, isto pode ser visto como um aviso antecipado de desgaste, e ao detectar uma pressão acima de um valor limite predeterminado isto é uma outra advertência que um segmento de tubo em breve poderá quebrar e/ou estourar interrompendo um processo, e a substituição do segmento de tubo indicado é recomendado. Ao monitorar a detecção de umidade precoce, e o momento da mesma, o operador da instalação tem a possibilidade de fazer a interrupção e manutenção do processo de forma razoável e de baixo custo no hidrociclone.

[0043] O técnico no assunto entenderá que um número de modificações das concretizações aqui descritas é possível sem se afastar do escopo da invenção, o qual é definido nas reivindicações anexas. Por exemplo, a parte de separação, de acordo com a invenção, necessariamente não precisa ser cônica em um sentido estrito. Contanto que o diâmetro interno seja geralmente reduzido a partir de uma extremidade superior em direção a uma extremidade inferior, que pode ter uma pluralidade de diferentes ângulos de conicidade ao longo do seu eixo geométrico longitudinal e pode também ter mais de uma aparência curvada, isto é, tendo um ângulo de conicidade mudando continuamente. O técnico no assunto também entenderá que uma borda poderia ser disposta em qualquer lugar ao longo do eixo geométrico longitudinal da parte de separação, mesmo na ou próxima do subtransbordamento. Uma ranhura, tal como descrita em relação com a parte de separação, pode também ser disposta no cabeçote.

Claims

1. Separador por hidrociclone, para a classificação de material sólido em suspensão fluida, compreendendo pelo menos - um cabeçote (10) tendo um conduto de entrada (11) adaptado para alimentar uma suspensão dentro do cabeçote (10), e - uma parte de separação de forma cônica afunilada (20), sendo que uma extremidade superior da parte de separação de forma cônica afunilada (20) é acoplada a uma extremidade inferior do cabeçote (10) e sendo que uma borda (18, 19) é provida sobre a parte de separação de forma cônica afunilada (20) de tal modo que a referida borda (18, 19) interfere em um fluxo de passagem de material na referida borda (18, 19), caracterizadopelo fato de um diâmetro interno na extremidade superior da parte de separação de forma cônica afunilada (20) ser maior do que um diâmetro interno na extremidade inferior do cabeçote (10) de tal modo que a referida borda (18) seja criada.

2. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de uma borda ser provida por uma ranhura (19) provida sobre uma superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada (20).

3. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de a ranhura (19) ser provida na forma de uma projeção protuberante a partir da superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada (20).

4. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de a ranhura (19) ser provida na forma de um recesso na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada (20).

5. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de a ranhura (19) se estender na forma de um arco.

6. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a ranhura (19) se estender ao longo de um perímetro da parte de separação de forma cônica afunilada (20).

7. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de a ranhura (19) se estender ao longo de um percurso helicoidal na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada (20).

8. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o percurso helicoidal na superfície interna da parte de separação de forma cônica afunilada (20) se estender em contracorrente a um fluxo do material sólido em suspensão fluida.

9. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a parte de separação de forma cônica afunilada (20) compreender uma pluralidade de segmentos e sendo que um diâmetro interno de uma extremidade inferior de um segmento superior é menor do que um diâmetro interno de uma extremidade superior de um segmento inferior adjacente de tal modo que uma segunda borda (18) seja criada.

10. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a parte de separação de forma cônica afunilada (20) compreender uma pluralidade de segmentos e sendo que os diferentes segmentos têm diferentes ângulos de conicidade.

11. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a parte de separação de forma cônica afunilada (20) compreender um segmento de tubo (21) e sendo que uma extremidade superior do segmento de tubo (21) é acoplada a uma extremidade inferior do cabeçote (10) e sendo que um diâmetro interno na extremidade superior do segmento de tubo (21) é maior do que um diâmetro interno na extremidade inferior do cabeçote (10) de tal modo que uma borda (18) seja criada a qual interfere em um fluxo de passagem de material na referida borda (18).

12. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o segmento de tubo (21) compreender: - uma camada de desgaste interna (34) tendo uma superfície interna, adaptada para contato com o material sólido em um fluido, e uma superfície externa; - uma estrutura de suporte (32, 33) enrolada, tecida ou trançada em torno da referida superfície externa; e - uma camada de cobertura externa (31) sendo disposta sobre a referida estrutura de suporte (32, 33); e - um sistema de monitoramento compreendendo pelo menos um sensor de umidade (30) disposto para detectar a umidade dentro ou na referida estrutura de suporte (32, 33); e - meios de comunicação (60) acoplados ao citado sensor de umidade (30) para prover um sinal representativo de detecção de umidade dentro ou na referida estrutura de suporte (32, 33).

13. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o referido sistema de monitoramento compreender ainda pelo menos um sensor de pressão (40) disposto para medir a pressão dentro ou na referida estrutura de suporte (32, 33), e meios de comunicação (60) acoplados ao referido sensor de pressão (40) para prover um sinal representativo de detecção de pressão dentro ou na referida estrutura de suporte (32, 33).

14. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a referida estrutura de suporte (32, 33) ter uma estrutura que orienta ou conduz o fluido ao longo ou dentro de sua estrutura.

15. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a referida estrutura de suporte (32, 33) compreender pelo menos uma camada de cordão enrolada sobre a referida superfície externa.

16. Separador por hidrociclone, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 15, caracterizado pelo fato de a referida estrutura de suporte (32, 33) compreender uma estrutura em espiral enrolada em torno da referida superfície externa ou sobre pelo menos uma referida camada de cordão.

17. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de a referida estrutura em espiral ser feita a partir de aço.

18. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de pelo menos um referido sensor de umidade (30) estar disposto dentro de uma cavidade (50) criada pela estrutura em espiral.

19. Separador por hidrociclone, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a borda (18) ser arredondada para prover uma transição suave a partir de um diâmetro menor para um diâmetro maior.

20. Sistema para classificação de partículas, caracterizado pelo fato de compreender um ou mais hidrociclones, conforme descrito em qualquer uma das reivindicações de 1 a 19.