BR112019017924A2 - Aparelho e método para gerar uma microespuma - Google Patents

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Abstract

a presente invenção refere-se um aparelho ou método para gerar uma microespuma, sendo que o aparelho compreende um canal que tem uma entrada (107, 110) e uma saída, uma fonte de líquido espumante (101) e gás pressurizado (102) disposta para alimentar a entrada (107, 110), sendo que o canal é compreendido por um canal de fluxo espacialmente oscilante (106) para fornecer uma direção de fluxo oscilante, em que o canal de fluxo espacialmente oscilante (106) oscila em torno de uma direção de fluxo volumoso, sendo que o canal de fluxo espacialmente oscilante (106) fornece uma sequência de seções transversais planas perpendiculares à direção de fluxo, com uma subsequência de seções transversais planas que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso no plano (46) em questão, em que a subsequência compreende pelo menos um plano (46) que não se sobrepõe a pelo menos um outro plano (46) na subsequência.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO E MÉTODO PARA GERAR UMA MICROESPUMA. CAMPO DA TÉCNICA
[0001] A presente invenção refere-se a um método e aparelho para gerar uma microespuma utilizando um canal que tem uma entrada e uma saída.
ANTECEDENTES E TÉCNICA ANTERIOR
[0002] Espumas são sistemas de duas fases que consistem em uma fase contínua líquida ou sólida que circunda entidades distintas de gás. A fase contínua de uma espuma contém tipicamente um tensoativo ou estabilizador que evita que as bolhas coalesçam e, portanto, impede que as bolhas retornem a uma fase gasosa contínua e se separem da espuma. As microespumas podem ser definidas como um caso especial de espumas em que as bolhas são tipicamente menores que 100 microns e têm uma baixa polidispersividade (por exemplo, um desvio padrão inferior a 40 microns).
MÉTODOS E APARELHOS PARA GERAR MICROESPUMAS SÃO CONHECIDOS.
[0003] O batimento mecânico depende do uso de partes mecânicas móveis para utilizar cisalhamento mecânico para reduzir o tamanho de bolha, por exemplo, em um misturador de alto cisalhamento. Tais misturadores dependem apenas da rotação de um impulsor de alta velocidade ou cabeçote de batedor para misturar diferentes fases e outros ingredientes. As velocidades de cabeçote nesses dispositivos são tipicamente maiores que 10.000 rpm.
[0004] Assim, métodos conhecidos para gerar microespumas são bastante dispendiosos e volumosos de fabricar e não são convenientes para uso como um item descartável, por exemplo, como parte de embalagem de consumo.
[0005] Microespumas também podem ser geradas por latas de
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2/29 aerossol que contêm propelentes à base de gás dissolvido ou liquefeito. Entretanto, isso vem sendo cada vez mais percebido como problemático tanto ambientalmente quanto por uma perspectiva de saúde e segurança.
[0006] O documento n2 US2015/0360853 A1 divulga um método para gerar uma microespuma alimentando-se um líquido espumante e um gás pressurizado através de uma coluna de enchimento. Entretanto, uma coluna de enchimento é inconveniente, visto que pode criar zonas mortas, o que gera problemas de higiene.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0007] A presente invenção utiliza uma geometria inovadora que compreende um canal espacialmente oscilante que fornece, conforme constatado, uma microespuma introduzindo-se meramente um líquido espumante e um gás pressurizado em uma entrada. Sob as condições adequadas, uma microespuma é gerada no canal oscilante e sai de uma saída do canal.
[0008] Em um primeiro aspecto, a invenção refere-se a um aparelho para gerar uma microespuma, sendo que o aparelho compreende um canal que tem uma entrada e uma saída, uma fonte de líquido espumante e gás pressurizado disposta para alimentar a entrada, sendo que o canal é compreendido por um canal de fluxo espacialmente oscilante para fornecer uma direção de fluxo oscilante, em que o canal de fluxo espacialmente oscilante oscila em torno de uma direção de fluxo volumoso, sendo que o canal de fluxo espacialmente oscilante fornece uma sequência de seções transversais planas perpendiculares à direção de fluxo, com uma subsequência de seções transversais planas que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso no plano em questão, em que a subsequência compreende pelo menos um plano que não se sobrepõe a pelo menos um outro plano na subsequência.
[0009] Em um segundo aspecto, a invenção refere-se a um método
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3/29 para gerar uma microespuma, em que o método emprega um aparelho compreendendo um canal que tem uma entrada e uma saída, sendo que o método compreende alimentar a entrada do canal sob pressão com um gás e um líquido espumante, sendo que o canal é compreendido por um canal de fluxo espacialmente oscilante para fornecer uma direção de fluxo oscilante, em que o canal de fluxo espacialmente oscilante oscila em torno de uma direção de fluxo volumoso, sendo que o canal de fluxo espacialmente oscilante fornece uma sequência de seções transversais planas perpendiculares à direção de fluxo que compreende uma subsequência de seções transversais planas que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso no plano em questão, em que a subsequência compreende pelo menos um plano que não se sobrepõe a pelo menos um outro plano na subsequência.
[0010] Assim, empregando-se uma geometria espacialmente oscilante e sob pressão de alimentação adequada, o líquido espumante e o gás formam uma microespuma. Acredita-se que isso ocorre porque o canal espacialmente oscilante fornece um ambiente de cisalhamento específico que produz a microespuma devido às oscilações.
[0011] Para qualquer dada microespuma, uma faixa específica de razão entre gás e líquido precisará ser alcançada. Isso pode ser facilmente obtido variando-se as pressões da fonte e/ou as resistências dos canais de fluxo do gás e do líquido, respectivamente, com o uso de métodos conhecidos pelo indivíduo versado na técnica.
[0012] O canal de fluxo espacialmente oscilante é, portanto, estático, mas oscila no espaço para fornecer uma direção de fluxo que muda continuamente de direção em torno de uma direção de fluxo volumoso.
[0013] Visto que o aparelho e o método não envolvem partes móveis, os mesmos podem ser produzidos de modo relativamente
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4/29 econômico e essencialmente em qualquer escala. Isso permite que os mesmos sejam usados em aplicações de dispensação de pequena escalada para aplicações industriais.
[0014] No contexto da presente invenção, dois planos não se sobrepõem se não houver uma linha que seja perpendicular a um plano em questão que atravesse o outro plano.
[0015] O canal compreende uma direção de fluxo volumoso, na qual o canal de fluxo espacialmente oscilante oscila. A direção de fluxo volumoso pode ser considerada a direção de fluxo geral do canal se as oscilações não estiverem presentes. Assim, o canal de fluxo espacialmente oscilante muda continuamente a direção, geralmente para qualquer lado da direção de fluxo volumoso, que se acredita ser essencial para a geração da microespuma. Geometrias que envolvem curvatura, mas não oscilam espacialmente em torno de uma direção de fluxo volumoso, tais como arcos, hélices e espirais, não produzem microespumas por si mesmas. Isso ocorre porque as mesmas não envolvem uma mudança de direção em torno de uma direção de fluxo volumoso.
[0016] O canal de fluxo espacialmente oscilante pode compreender um padrão de repetição regular ou pode envolver elementos aleatórios ou dimensões irregulares, desde que oscile em torno de uma direção de fluxo volumoso.
[0017] A seção transversal do canal de fluxo oscilante pode assumir qualquer geometria, mas tem tipicamente um formato regular, tal como retangular, circular, oval, de diamante ou semelhantes.
[0018] O canal de fluxo espacialmente oscilante compreende um canal de fluxo único entre a entrada e a saída. Isso significa que o gás e o líquido que entram na entrada fluem juntos ao longo de uma única trajetória de fluxo até alcançarem a saída.
[0019] Isso significa que o canal de fluxo espacialmente oscilante é
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5/29 um único canal sem divisões e reunificação de canais. Um único canal oscilante com uma entrada e saída fornece vantagens sobre dispositivos que compreendem junções. Por exemplo, o mesmo minimiza ou impede a aparência de zonas mortas.
[0020] Entretanto, esse canal de fluxo único pode compreender entradas adicionais que introduzem líquido e/ou gás no canal de fluxo único. Adicionalmente, o canal de fluxo único pode compreender saídas adicionais, de modo que parte do fluxo se divida antes de deixar o aparelho através de uma das saídas. Entretanto, se o fluxo se divide desse modo, então, os fluidos divididos não se reunificam a jusante e simplesmente deixam o aparelho através de uma saída. Desse modo, as vantagens de uma única trajetória de fluxo direcionada são mantidas no aparelho, apesar da possível presença de mais de uma entrada e saída.
[0021] Entretanto, uma pluralidade de canais de fluxo único espacialmente oscilantes pode ser agrupada em paralelo para aumentar o rendimento conforme desejado.
[0022] Constatou-se que o fornecimento da área média de seção transversal do canal de fluxo espacialmente oscilante como sendo de 0,5 a 5 mm2 gera bons resultados.
[0023] De preferência, a subsequência compreende pelo menos um plano que não se sobrepõe a nenhum dos dois planos na subsequência adjacente ao mesmo.
[0024] Em uma modalidade preferencial, pelo menos 10 planos na subsequência, de preferência, pelo menos 20, com mais preferência, pelo menos 40, não se sobrepõem a nenhum dos dois planos na subsequência adjacente aos mesmos. Entretanto, constatou-se que, acima de um certo número, há retornos regressivos na qualidade da espuma produzida. Portanto, de preferência, há menos de 1.000 planos, de preferência, menos de 200, com mais preferência, menos de 100, na
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6/29 subsequência que não se sobrepõem a nenhum dos dois planos na subsequência adjacente aos mesmos.
[0025] De preferência, substancialmente todos os planos na subsequência não se sobrepõem a nenhum dos dois planos na subsequência adjacente aos mesmos.
[0026] Um método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a distância média entre planos na subsequência é de 0,5 a 20 mm.
[0027] O gás pode compreender ar, nitrogênio, hidrocarboneto, dióxido de carbono, óxido nitroso ou, de fato, qualquer composto ou mistura de compostos em sua fase de vapor que um usuário pode desejar incorporar nas bolhas da microespuma.
[0028] As microespumas têm muitas características que as tornam relevantes para uma ampla gama de aplicações industriais, comerciais, domésticas e médicas que incluem, porém sem limitação: espumas à base de sabão, espumas de barbear, cremes para a pele, protetores solares, creme de café e espumas de leite, produtos para tratamento de cabelos, formulações de limpeza de superfície, cremes de chantili, espumas lácteas (incluindo sorvete), espumas culinárias, produtos de panificação e confeitaria, isolamento térmico e acústico, materiais de construção, embalagens leves e materiais de preenchimento de espaço. Uma microespuma preferencial se baseia em produtos lácteos, por exemplo, leite e/ou creme ou equivalentes sintéticos.
[0029] As microespumas também são úteis em processos em que uma grande área interfacial de gás/líquido pode ser benéfica, por exemplo, em processos de separação de gás/líquido, tais como depuração gasosa, ou em processos de reação de gás/líquido, tais como aqueles que ocorrem em células de combustível.
[0030] O aparelho pode ser formado a partir de uma ampla gama de materiais, incluindo plásticos (por exemplo, polipropileno, PET,
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7/29 polietileno, ABS, náilon, PLA, PVC, Teflon™, acrílico, poliestireno, PEEK etc.), metais, vidro, matrizes de fibra projetada ou qualquer outro material que possa ser moldado, moído, impresso, fundido, usinado, sinterizado, gravado, esculpido, forjado, soprado, prensado, estampado, usinado por feixe de elétrons, cortado a laser, laminado e formado no formato adequado.
[0031] Em casos em que um dispositivo descartável (ou talvez de uso único) de custo muito baixo é necessário, então, muitos dos plásticos podem ser mais adequados, visto que têm menor custo, podem ser recicláveis e adequado para métodos de fabricação de alto volume, tais como moldagem por injeção. Um dispositivo reutilizável pode ser necessário em outras aplicações, por exemplo, um módulo de formação de espuma de leite dentro de um dispensador de café a varejo ou uma linha de processamento que fabrica um produto alimentício espumado. Em tais casos, metal, cerâmica ou vidro (talvez suportado por uma estrutura circundante) pode ser mais adequado, visto que são mais resistentes à limpeza química e mecânica, tratamentos térmicos, limpeza a vapor, autoclivagem e integração.
[0032] A presente invenção pode ser usada como canais geométricos únicos para a geração de baixos a médios fluxos volumétricos de microespuma, ou várias unidades formadoras de espuma podem ser executadas em paralelo para alcançar fluxos volumétricos mais altos, mais adequados para aplicações industriais e de fabricação.
[0033] Em uma modalidade preferencial, o aparelho compreende um recipiente pressurizado que compreende uma saída abrível e fechável, sendo que o recipiente contém o líquido espumante e o gás sob pressão, em que o aparelho é disposto de modo a distribuir o líquido espumante e o gás na entrada do canal espacialmente oscilante, cuja saída é acoplada à saída abrível e fechável do aparelho, de modo que,
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8/29 quando a saída abrível e fechável estiver aberta, a diferença de pressão entre aquela no interior do recipiente e a pressão na saída seja suficiente para conduzir o líquido espumante e o gás para a entrada, gerando, assim, uma microespuma que sai da saída e, por sua vez, da saída abrível e fechável do aparelho.
[0034] A invenção será agora ilustrada com referência às seguintes Figuras, em que:
[0035] A Figura 1 é uma representação esquemática do aparelho usado para gerar as microespumas nos exemplos.
[0036] A Figura 2 é uma imagem de uma microespuma produzida por um aparelho de acordo com a presente invenção.
[0037] A Figura 3 é uma vista plana de um aparelho de zigue-zague que compreende uma trajetória de fluxo oscilante que está fora da presente invenção.
[0038] A Figura 4 é uma vista plana de um aparelho de entalhe que compreende uma trajetória de fluxo oscilante que está fora da presente invenção.
[0039] A Figura 5 é uma vista plana de um aparelho de serpentina que compreende uma trajetória de fluxo oscilante de acordo com a presente invenção.
[0040] A Figura 6 é uma vista plana de um aparelho de entalhe que compreende uma trajetória de fluxo oscilante de acordo com a presente invenção.
[0041] A Figura 7 é uma vista em perspectiva de um aparelho que compreende uma trajetória de fluxo oscilante de acordo com a presente invenção.
[0042] A Figura 8 é uma vista em seção lateral de um dispositivo de acordo com a invenção para distribuição de uma microespuma.
[0043] A Figura 9 é uma vista em seção lateral de uma variante do dispositivo mostrado na Figura 8 que mostra apenas o conjunto de
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9/29 tampa.
[0044] A Figura 10 é uma vista em seção lateral de um segundo dispositivo de acordo com a invenção para distribuição de uma microespuma.
EXEMPLOS
[0045] Voltando às Figuras, a Figura 1 mostra um diagrama do equipamento experimental. Um compressor 12 foi usado para fornecer ar pressurizado por meio de uma tubagem ID de 2,5 mm 13 a um conector em T 14 que fornece ar pressurizado a um vaso que contém líquido carregado com tensoativo 15 (o vaso de líquido) e um vaso que contém apenas gás 16 (o vaso de gás). A tubagem (ID de 2,5 mm) conecta a saída de ambos os vasos a um segundo conector em T 17 que era, por sua vez, conectado (por meio de tubagem ID de 2,5 mm) ao dispositivo gerador de microespuma 18. O vaso de líquido é orientado de modo que a tubagem conectada ao compressor alimente o espaço livre do vaso de líquido e a tubagem que leva aos dispositivos geradores de microespuma seja conectada ao vaso de líquido abaixo da linha de líquido. Na Figura 1, o conector 17 é um conector em T, no entanto, um conector em Y ou um conector de outra geometria que forneça a razão correta entre gás e líquido, de preferência, como pacotes intermitentes que abrangem conduto de gás-líquido que leva ao dispositivo gerador de microespuma.
[0046] Cada uma das 3 classes de geometrias exemplificadas no presente documento (zigue-zague, entalhe e serpentina) foi impressa em uma impressora 3D a partir de PLA e contida em invólucro de plástico para conter a pressão. A tubagem foi conectada ao invólucro por meio de um encaixe rápido que leva à porta de entrada dos dispositivos de geração de microespuma. Válvulas de agulha 19 foram instaladas nas linhas entre as saídas dos vasos de pressão e a entrada do conector em T que leva ao dispositivo gerador de microespuma de
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10/29 modo que as taxas de fluxo de líquido e gás pudessem ser ajustadas. [0047] Quando o compressor foi ligado, o vaso de gás e o espaço livre do vaso de líquido foram pressurizados, fazendo com que o gás fluísse para fora do vaso de gás e o líquido fluísse do vaso de líquido através das válvulas de agulha e até o segundo conector em T onde foram combinados em uma mistura de gás/líquido que foi forçada através dos dispositivos geradores de microespuma. As válvulas de agulha foram ajustadas de modo a fornecer gás e líquido a uma faixa de diferentes taxas de fluxo aos dispositivos geradores de microespuma. Em casos em que uma microespuma foi alcançada, as razões de ar e gás poderíam ser variadas para criar microespumas com uma faixa de razões entre líquido e gás, gerando produtos com uma faixa de texturas de espumas úmidas tipo fluidas a espumas secas muito duras. Os valores máximos de inclusão de ar são relatados nos exemplos a seguir.
[0048] Constatou-se que, a fim de gerar uma microespuma para fluidos espumantes com uma viscosidade de 0,001 Pa.s (1 cP), velocidades de líquido superficial estavam, de preferência, na faixa de: 500 a 750 mm/s (a maior parte dos dados encontra-se nessa faixa), em seguida, com a máxima preferência, na faixa de 250 a 1.500 mm/s (todos os dados encontram-se nessa faixa).
[0049] A fim de gerar microespumas com viscosidades mais altas 0,005 a 0,05 Pa.s (5 a 50 cP), velocidades de líquido superficial estavam, de preferência, na faixa de 500 a 2.000 mm/s (a maioria dos dados encontra-se nessa faixa), em seguida, com a máxima preferência, na faixa de 500 a 2.500 mm/s (todos os dados encontramse nessa faixa). Velocidade de líquido superficial = (taxa de fluxo volumétrico de fluido espumante) / (área mínima de seção transversal no canal de fluxo)
[0050] As viscosidades dos líquidos testaram foram as seguintes:
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Líquido Fairy™ (diluído 1 parte em 10 partes de água): 0,001 Pa.s (1 cP), leite desnatado (<0,3% de gordura): 0,005 Pa.s (5 cP), creme de leite (39,8% de gordura): 0,05 Pa.s (50 cP).
[0051] Cada formador de espuma foi testado com líquido Fairy™ diluído, um líquido para lavagem de pratos disponível no RU que é predominantemente laurilsulfato de sódio (1 parte de líquido Fairy™: 10 partes de água) a 25 Ό. A pressão do compressor fo i ajustada a 5 bar. Em cada caso, o volume de fase de ar contido na microespuma final foi >95%. As condições de teste e os casos em que microespumas foram geradas são registrados na tabela 1.
TABELA 1
Modalidade Geometria de formador de espuma Resultado
1 S(1,5, 0,75, 2, 225, 55) Microespuma Macia
2 S(1,25, 0,50, 2, 180, 66) Microespuma Macia
3 S(1,25, 0,50, 2, 90, 128) Mistura estriada
4 S(1,5, 0,75, 2, 180, 48) Microespuma Macia
5 S(1,5, 0,75, 2, 90, 72) Microespuma Macia
6 S(1,75, 1,2, 90, 57) Microespuma Macia
7 S(3,2, 1,45, 2, 180, 22) Microespuma Macia
8 S(2, 1,25, 2, 90, 47) Microespuma Macia
9 S(3,5, 2,75, 2, 180, 32) Microespuma Macia
10 S(3,5, 2,75, 2, 90, 24) Microespuma Macia
11 S(3, 2,25, 2, 90, 57) Microespuma Macia
12 S(4, 3,25, 2, 180, 28) Microespuma Macia
13 S(4, 2,25, 2, 180, 38) Microespuma Macia
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Modalidade Geometria de formador de espuma Resultado
14 Z(1,37, 2, 0,61, 160, 4, 100) Mistura estriada
15 Z(1,73, 2, 0,96, 160, 8, 50) Microespuma Macia
16 Z(1,58, 2, 0,8, 150, 4, 128) Microespuma Macia
17 Z(1,80, 2, 0,98, 140, 4, 128) Microespuma Macia
18 Z(2,32, 2, 1,41, 120, 4, 50) Microespuma Macia
19 Z(4,75, 2, 3,56, 90, 6,63, 48) Microespuma Macia
20 Z(7,08, 2, 3,78, 90, 7,06, 25) Microespuma Macia
21 Z(2, 2, 1,25, 113, 3, 65) Microespuma Macia
22 Z(4, 2, 1,45, 90, 4, 49) Mistura estriada
23 Z(4, 2, 2,05, 90, 4, 49) Microespuma Macia
24 Z(4, 2, 2,25, 73, 3, 65) Microespuma Macia
25 N(2, 2, 0,85, 0,5, 1,66) Mistura estriada
26 N(2, 2, 2,05, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
27 N(2, 2, 1,25, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
28 N(2, 2, 1,25, 0,5, 10, 57) Microespuma Macia
29 N(2, 2, 1,25, 2, 1,33) Microespuma Macia
30 N(3, 2, 2,25, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
31 N(4, 2, 1,45, 0,5, 1,66) Mistura estriada
32 N(4, 2, 1,85, 0,5, 1,66) Fluxo de alta velocidade que contém bolsos de gás e bolhas grandes
33 N(4, 2, 2,05, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
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Modalidade Geometria de formador de espuma Resultado
34 N(4, 2, 2,25, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
35 N(4, 2, 3,25, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
36 N(6, 2, 1,75, 0,5, 1,66) Mistura estriada
37 N(6, 2, 2,25, 0,5, 1,66) Mistura estriada
38 N(6, 2, 2,65, 0,5, 1,66) Fluxo de alta velocidade que contém bolsos de gás e bolhas grandes
38a N(6, 2, 3,05, 0,5, 1, 134) Microespuma Macia
39 N(6, 2, 3,25, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
40 N(6, 2, 4,25, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
41 N(8, 2, 2,75, 0,5, 1,66) Mistura estriada
42 N(8, 2, 3,25, 0,5, 1,66) Fluxo de alta velocidade que contém bolsos de gás e bolhas grandes
42a N(8, 2, 3,75, 0,5, 1,66) Fluxo de alta velocidade que contém bolsos de gás e bolhas grandes
42b N(8, 2, 4,05, 0,5, 1,66) Microespuma Macia
[0052] Para um número seleto de geometries, os exemplos foram repetidos com leite desnatado resfriado (5 Ό) (teo rde gordura de ~1%). Inicialmente, a pressão do compressor foi ajustada a 5 bar, no entanto, isso foi repetido a 8 bar se nenhuma microespuma tiver sido produzida. Os resultados são mostrados na Tabela 2.
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TABELA 2
Modalidade Geometria de formador de espuma Pressão (bar) Volume máximo de fase de ar (%) Resultado
34 N(4, 2, 2,25, 0,5, 1,66) 5 80,00% Microespuma Macia
35 S(1,5, 0,75, 2, 180,48) 5 80,00% Microespuma Macia
36 Z(4, 2, 2,25, 73, 3, 65) 5 80,00% Microespuma Macia
37 N(6, 2, 2,65, 0,5, 1,66) 5e8 - Mistura estriada
38 N(2, 2, 0,85, 0,5, 1,66) 5e8 - Mistura estriada
39 Z(4, 2, 1,45, 90, 4, 49) 5e8 - Mistura estriada
[0053] Para um número seleto de geometries, os exemplos foram repetidos com creme de leite resfriado (4 Ό) (teor de gordura de 38%). Inicialmente, a pressão do compressor foi ajustada a 5 bar, no entanto, isso foi repetido a 8 bar se nenhuma microespuma tiver sido produzida. Os resultados são mostrados na Tabela 3.
TABELA 3
Modalidade Geometria de formador de espuma Pressão (bar) Volume máximo de fase de ar (%) Resultado
3 S(1,25, 0,50, 2, 90, 128) 5 e 8 bar - Mistura estriada
4 S(1,5, 0,75, 2, 180,48) 8 43,00% Fluxo suave de creme de chantili
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Modalidade Geometria de formador de espuma Pressão (bar) Volume máximo de fase de ar (%) Resultado
5 S(1,25, 0,50, 2, 180, 66) 5 38,90% Fluxo suave de creme de chantili
6 Z(4, 2, 2,05, 90, 4, 49) 5 45,00% Fluxo suave de creme de chantili
7 N(2, 2, 1,25, 0,5, 1,66) 5 49,00% Fluxo suave de creme de chantili
8 N(4, 2, 1,45, 0,5, 1,66) 5 e 8 bar - Mistura estriada
9 Z(4, 2, 2,05, 90, 4, 49) 5 e 8 bar 58,00% Fluxo suave de creme de chantili
34 N(4, 2, 2,25, 0,5, 1,66) 5 58,00% Fluxo suave de creme de chantili
[0054] No caso dos produtos lácteos (leite desnatado, creme), houve uma dependência de desempenho de degeneração de microespuma relacionado à temperatura de produto. A cerca de 7 Ό, a capacidade de formação de espuma e a estabilidade de microespuma do leite e do creme pareciam deteriorar em consonância com observações em outros locais na literatura de laticínios.
[0055] Em casos em que microespumas foram geradas, foram feitas medições da taxa de fluxo de líquido e do volume de fase gasosa na microespuma. Uma amostra da microespumas do líquido Fairy™ diluído gerada pelo formador de espuma de entalhe foi coletada em uma placa de petri. A placa de petri foi invertida e uma imagem de microscópio foi capturada de cima (através do vidro). A imagem foi capturada dentro de 3 segundos da amostra ser coletada. Essa imagem de microscópio é mostrada na Figura 2. As imagens de microscópio foram convertidas em uma distribuição de tamanho de bolha que,
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16/29 conforme constatado, tinha um média de 39,2 microns e um desvio padrão de 25,21 microns.
[0056] Na Tabela 1, pode-se observar que os formadores de espuma de entalhe, zigue-zague e serpentina também provaram ser capazes de gerar uma microespuma a partir de um líquido Fairy™ diluído.
[0057] O formador de espuma de entalhe também provou ser capaz de gerar uma estrutura de bolha muito fina e uniforme (um tamanho médio de bolha de 39,2 microns com um desvio de padrão de 25,21 microns). Um total de 354 bolhas foi dimensionado para gerar essas estatísticas.
[0058] Nas tabelas 2 e 3, pode-se observar que os formadores de espuma de entalhe, zigue-zague e serpentina tinham capacidade para gerar uma microespuma a partir de leite desnatado resfriado e creme de leite. No caso do formador de espuma de entalhe, o teor máximo de ar do creme de chantili foi de 58%, o que está próximo do teor máximo de ar alcançável por batimento mecânico.
Nomenclatura de geometrias de teste de formador de espuma
[0059] Uma grande proporção dos testes foi realizada em variantes de 3 geometrias de formadores de espuma (zigue-zague, entalhe e serpentina). A geometria de formador de espuma mencionada nas tabelas foi introduzida de modo que formadores de espuma pudessem ser referenciados de forma concisa e inequívoca.
[0060] 1) Formadores de espuma de zigue-zague: consistem em um canal retangular de largura wz e profundidade dz (medida em uma direção perpendicular na página). Um canal de fluxo em formato de zigue-zague é criado estendendo-se prismas triangulares (com uma base em formato de triângulo isosceles) até o canal de fluxo conforme mostrado na Figura 3. Os prismas se estendem uma distância ez até o canal, e a distância entre ápices adjacentes é denotada sz. O ângulo
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17/29 entre as faces idênticas dos triângulos é denotado at graus e o número total de triângulos contidos no formador de espuma é denotado nt. A nomenclatura Z(wz, dz, ez, az, sz, nz) denotará que um formador de espuma tem uma geometria de zigue-zague com parâmetros conforme especificado acima.
[0061] 2) Formadores de espuma de entalhe: consistem em um canal retangular de largura wn e profundidade dn (medida em uma direção perpendicular na página). Entalhes regularmente espaçados (prismas retangulares) se estendem até o canal uma distância en a partir de lados opostos em uma disposição alternada conforme mostrado abaixo na Figura 4. A amplitude dos entalhes é bn e o espaçamento entre os entalhes é sn, e o número total de entalhes na geometria é nn. Esses parâmetros são mostrados na Figura 4. A nomenclatura N(wn, dn, en, bn, sn, nn) denotará que um formador de espuma tem uma geometria de entalhe com parâmetros conforme especificado acima.
[0062] 3) Formadores de espuma de serpentina: canais de fluxo curvo foram definidos como a região varrida por um arco de as graus entre dois cilindros concêntricos de raios ri e ro e altura ds. Os formadores de espuma de serpentina foram criados conectando-se um número total de ns canais de fluxo conforme mostrado na Figura 5. A nomenclatura S(ro, ri, ds, as, ns) denotará que um formador de espuma tem uma geometria de serpentina com parâmetros conforme especificado acima.
[0063] Um exemplo de uma geometria de zigue-zague que está fora do escopo da invenção é mostrado na Figura 3, a qual mostra uma vista plana de uma trajetória de fluxo oscilante 20 que tem uma seção transversal retangular variável completa e oscila espacialmente em torno de uma direção de fluxo volumoso mostrada pela seta 22. Será observado que há uma subsequência de várias seções transversais
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18/29 planas 24, 26, 28 que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso. Entretanto, também será observado que o plano 26 na subsequência se sobrepõe aos planos 24 e 28 e, portanto, encontra-se fora do escopo da presente invenção. No entanto, se o parâmetro ez foi aumentado, então, a geometria podería estar dentro da invenção quando o plano 26 não mais se sobrepor aos planos 24 ou 28.
[0064] Um exemplo de uma geometria de entalhe que se encontra fora do escopo da invenção é mostrado na Figura 4, a qual mostra uma vista plana de uma trajetória de fluxo oscilante 30 que tem uma seção transversal retangular completa essencialmente constante e oscila espacial em torno de uma direção de fluxo volumoso mostrada pela seta 32. Será observado que há uma subsequência de várias seções transversais planas 34, 36, 38 que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso. Entretanto, também será observado que o plano 36 na subsequência se sobrepõe aos planos 34 e 38 e, portanto, encontra-se fora do escopo da presente invenção. No entanto, se o parâmetro en foi aumentado de modo que seja maior que wn/2, então, a geometria estaria dentro da invenção quando o plano 36 não mais se sobrepor aos planos 34 ou 38.
[0065] Um exemplo de uma geometria de serpentina que se encontra no escopo da invenção é mostrado na Figura 5, a qual mostra uma vista plana de uma trajetória de fluxo oscilante 40 que tem uma seção transversal retangular completa essencialmente constante e oscila espacialmente em torno de uma direção de fluxo volumoso mostrada pela seta 42. Será observado que há uma subsequência de várias seções transversais planas 44, 46, 48 que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso. Também será observado que o plano 46 na subsequência não se sobrepõe aos planos 44 e 48 e, portanto, encontra-se no escopo da presente invenção.
[0066] Um exemplo de uma geometria de entalhe que se encontra
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19/29 no escopo da invenção é mostrado na Figura 6, a qual mostra uma vista plana de uma trajetória de fluxo oscilante 50 que tem uma seção transversal retangular completa e oscila espacialmente em torno de uma direção de fluxo volumoso mostrada pela seta 52. Será observado que há uma subsequência de várias seções transversais planas 54, 56, 58 que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso. Também será observado que o plano 56 na subsequência não se sobrepõe aos planos 54 e 58 e, portanto, encontra-se no escopo da presente invenção.
[0067] Um exemplo de uma geometria que oscila em duas dimensões espacialmente é mostrado na Figura 7, em que uma trajetória de fluxo oscilante 60 que tem uma seção transversal retangular completa essencialmente constante e oscula espacialmente em torno de uma direção de fluxo volumoso mostrada pela seta 62. Será observado que há uma subsequência de várias seções transversais planas 64, 66, 68 que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso. Também será observado que o plano 66 na subsequência não se sobrepõe aos planos 64 e 68 e, portanto, encontra-se no escopo da presente invenção.
[0068] As Figuras 8 e 10 ilustram duas modalidades diferentes de um dispositivo gerador de microespuma que compreende um recipiente pressurizado. Esses dispositivos são aerossóis recarregáveis e reabastecíveis, embora possam ser descartáveis e possam conter qualquer gás conforme descrito no presente documento.
[0069] A primeira modalidade de um aerossol recarregável e reabastecível na Figura 8 compreende um vaso de retenção 104 para reter um fluido espumante 101, um espaço livre de gás comprimido 102 e uma seção de formação de microespuma 105 com conduto de gás 108. Adicionalmente, há um conjunto de tampa de encaixe de rosca 112, 113 com vedação 111, que incorpora uma porta de carregamento de gás pressurizado 115 com válvula unidirecional 116, e um conjunto de
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20/29 molas de válvula atuadas manualmente 117, 118 e um bocal 119 para o controle e a dispensação de microespuma.
[0070] O dispositivo de aerossol é inicialmente preenchido com fluido espumante à pressão atmosférica 103. O conjunto de tampa 112 é, então, aplicado ao vaso de retenção 104, vedando o conteúdo do vaso da atmosfera externa por meio de fios de rosca de intertravamento 113, uma vedação comprimível 111 e válvulas fechadas 116, 118 dentro das trajetórias de fluxo 115, 121 da tampa. O espaço livre do dispositivo 102 é pressurizado para o nível necessário por meio da conexão do conector de gás de alta pressão 114 a um abastecimento de carregamento externo do gás desejado. Os abastecimentos de carregamento de gás podem ser fornecidos por bombas de ar, compressores de gás, tanques de cabeçote de gás pressurizado, cilindros de gás pressurizado e bulbos de gás pressurizado de pequeno volume. O gás de carga passa através de uma válvula unidirecional, permitindo que o gás fique dentro, mas não fora do dispositivo, 116. O fluxo de gás passa, então, para o vaso de retenção 104 por meio da junção de canal de microespuma e gás de carga 156 e, então, através do canal de fluxo 106 dentro do dispositivo de formação de microespuma 105. O uso do canal de microespuma 121 e do canal de fluxo espacialmente oscilante da seção de formação de espuma 106 como um conduto comum para o gás de carga tem a vantagem de o fluxo de gás pressurizado refluxar os canais de obstruções de materiais secos ou acumulados do fluido espumante ou contaminação. Uma vez que a pressão do gás desejado tenha sido obtida dentro do vaso de retenção 104, o abastecimento de gás externo pode ser desconectado do conector de gás de alta pressão 114. As microespumas do líquido espumante 101 são, então, produzidas abrindo-se a válvula atuada manualmente 117. A válvula 117 é sua mola de retorno 118 podem ser atuadas por vários meios conhecidos na técnica, tais como alavancas,
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21/29 gatilhos e botões (não mostrados). Além disso, a posição da mola de retorno 118 em relação à válvula 117 pode variar com relação à escolha do projeto de atuação manual. A abertura de válvula 117 permite uma liberação de pressão para o sistema pressurizado dentro do vaso de retenção 104. A liberação de pressão resulta no fluido espumante 101 que flui para a entrada de fluido do dispositivo formador de espuma 107 e no gás pressurizado que flui para a entrada 110 do conduto de gás 108, que é posicionado dentro do espaço livre de gás isento do nível de fluido espumante. Os fluxos de gás pressurizado no conduto de gás 108 e o líquido espumante proveniente da entrada 107 se encontram na junção de gás-líquido 109, onde o gás é incorporado no fluxo de líquido. A microespuma é, então, gerada à medida que o fluxo de fluido bifásico passa através do canal oscilante 106 no dispositivo de formação de microespuma 105. A microespuma, então, flui para fora do dispositivo de formação de microespuma 105, através do canal de fluxo de microespuma 122 e da válvula aberta 117. A microespuma finalmente sai do dispositivo 120 através do bocal 119. A geração de microespuma cessa quando o atuador manual (alavanca, gatilho ou botão) é liberado e a mola de retorno da válvula 118 fecha a válvula 117, equalizando a pressão do sistema dentro do dispositivo.
[0071] Esse dispositivo de aerossol pode ser recarregado com gás a qualquer momento durante o uso conectando-se o dispositivo vedado a um abastecimento de gás de carga externo por meio do conector de gás de alta pressão 114. Para reabastecer o aerossol com fluido espumante, a pressão de gás residual é liberada por atuação manual da válvula 117. Uma vez que o aerossol esteja equalizado com a pressão atmosférica 103, o atuador manual é liberado, fechando a válvula 117, e a tampa pode, então, ser seguramente removida para reabastecer o dispositivo com fluido espumante.
[0072] Uma variante da modalidade de aerossol recarregável e
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22/29 reabastecível ilustrada na Figura 8 pode ser observada na Figura 9. A Figura 9 mostra apenas o conjunto de tampa com fios de rosca 124, 125 do dispositivo inteiro. Nessa variante, o fluxo de gás de carga proveniente da porta de carregamento de gás pressurizado 127 passa através de uma válvula unidirecional 128 e, então, através da saída de gás de carga 133 diretamente para o espaço livre de gás comprimido 102 através de uma abertura separada na vedação 123 sem conexão com o canal de fluxo de microespuma 134 por meio da junção de canal de microespuma e gás de carga 156. Todos os outros aspectos do conjunto de tampa 125; o conector de gás de alta pressão de liberação rápida 126, a válvula e a mola de retorno atuadas manualmente 130, 129, o bocal 131, a seção de formação de microespuma 122 com conduto de gás (não mostrado) e o fluxo de saída de microespuma 132, são conforme descrito na Figura 8. Tal variante pode ser vantajosa para sistemas em que é indesejável que o fluido espumante sofra précisalhamento e gaseificação antes da formação de microespuma.
[0073] Uma segunda modalidade de um aerossol recarregável reabastecível para a geração e a dispensação de microespumas é ilustrada na Figura 10. Essa modalidade compreende um vaso de retenção 137, para reter um fluido espumante 134, um espaço livre de gás comprimido 135 e um tubo de imersão 154 com conduto de gás 141. Adicionalmente, há um conjunto de tampa de encaixe de rosca 145, 146 com vedação 144, que incorpora uma porta de carregamento de gás pressurizado 148 com válvula unidirecional 149, um conjunto de molas de válvula atuadas manualmente 150, 151 e bocal 152 que aloja uma seção de formação de microespuma 138. A seção de formação de microespuma 138 pode ser integrada ao bocal, mas podem também ser destacável para possibilitar a limpeza, a substituição ou o intercâmbio com seções de formação de microespuma de projeto diferente.
[0074] O dispositivo de aerossol é inicialmente preenchido com
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23/29 fluido espumante à pressão atmosférica 136. O conjunto de tampa 145 é, então, aplicado ao vaso de retenção 137, vedando o conteúdo do vaso da atmosfera externa por meio de fios de rosca de intertravamento 146, uma vedação comprimível 144 e válvulas fechadas 149, 150 dentro das trajetórias de fluxo da tampa 148, 145. O espaço livre do dispositivo 135 é pressurizado para o nível necessário por meio da conexão do conector de gás de alta pressão 147 a um abastecimento de carregamento externo do gás desejado. Assim como para a primeira modalidade de aerossol, os abastecimentos de carregamento de gás podem ser fornecidos por bombas de ar, compressores de gás, tanques de cabeçote de gás pressurizado, cilindros de gás pressurizado e bulbos de gás pressurizado de pequeno volume. O gás de carga passa através de uma válvula unidirecional 149 e para o vaso de retenção 137 por meio da junção de gás de carga e tubo de imersão 155 e, então, através do tubo de imersão 154 e do conduto de gás 141 e sai na entrada do tubo de imersão 140 e na entrada de conduto de gás 143. Uma vez que a pressão do gás desejado tenha sido obtida dentro do vaso de retenção 137, o abastecimento de gás externo pode ser desconectado do conector de gás de alta pressão 147. As microespumas do líquido espumante 134 são, então, produzidas abrindo-se a válvula atuada manualmente 150. A válvula 150 é sua mola de retorno 151 podem ser atuadas por vários meios conhecidos na técnica, tais como alavancas, gatilhos e botões (não mostrados). Além disso, a posição da mola de retorno 151 em relação à válvula 150 pode variar com relação à escolha do projeto de atuação manual. A abertura de válvula 150 permite uma liberação de pressão para o sistema pressurizado dentro do vaso de retenção 137. A liberação de pressão resulta no fluido espumante 134 que flui para a entrada do tubo de imersão 140 e no gás pressurizado que flui para a entrada 143 do conduto de gás 141, que é posicionado dentro do espaço livre de gás isento do nível de fluido espumante. Os
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24/29 fluxos de gás pressurizado no conduto de gás 141 e na entrada do tubo de imersão 140 se encontram na junção de gás-líquido 142, onde o gás é incorporado no fluxo de líquido. O fluxo de fluido bifásico passa através do tubo de imersão 154 e da válvula aberta 150, entrando, então, na trajetória de fluxo oscilante 139 da seção de formação de microespuma 138 localizada no bocal 152 do conjunto de tampa 145. A microespuma gerada finalmente flui para fora da seção de formação de microespuma final 153 e é dispensada para uso. A geração de microespuma cessa quando o atuador manual (alavanca, gatilho ou botão) é liberado e a mola de retorno da válvula 151 fecha a válvula 150, equalizando a pressão do sistema dentro do dispositivo.
[0075] O dispositivo de aerossol recarregável e reabastecível na Figura 10 pode ser recarregado com gás a qualquer momento durante o uso conectando-se o dispositivo vedado a um abastecimento de gás de carga externo por meio do conector de gás de alta pressão 147. Para reabastecer o aerossol com fluido espumante, a pressão de gás residual é liberada por atuação manual da válvula 150. Uma vez que o aerossol esteja equalizado com a pressão atmosférica 136, o atuador manual é liberado, fechando a válvula 150, e a tampa pode, então, ser seguramente removida para reabastecer o dispositivo com fluido espumante.
[0076] Uma variante do dispositivo de aerossol na Figura 10 pode ser produzida consistente com as mudanças na trajetória de fluxo de gás de carga descrita na Figura 9. No caso dessa segunda modalidade (Figura 10), o fluxo de gás de carga do conector de gás de alta pressão de liberação rápida 147 entraria diretamente no espaço livre pressurizado 135 através de uma saída de gás de carga exclusiva, e não fluiría através do tubo de imersão 154 por meio da junção de gás de carga e tubo de imersão 155. Novamente, esse projeto é vantajoso para sistemas em que que é indesejável que o fluido espumante sofre
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25/29 pré-cisalhamento e gaseificação antes da formação de microespuma. [0077] Alternativamente, as modalidades de aerossol mostradas nas Figuras 8 e 10 podem ser preenchidas com fluido espumante através do bocal com a válvula atuada manualmente na posição aberta, negando a necessidade de remover e substituir o conjunto de tampa.
[0078] Embora não mostrado nas Figuras 8, 9 e 10, uma válvula de liberação de pressão pode ser incorporada no vaso de retenção, Figura
8, 104, Figura 10, 137, ou no conjunto de tampa, Figura 8, 112, Figura
9, 125, e Figura 10, 145, para impedir a sobrepressurização e pode adicionalmente ser usada para despressurizar o sistema antes do reabastecimento com fluido espumante.
[0079] Uma modalidade adicional para a presente invenção é um aerossol não reabastecível e não recarregável. Aqui, as seções de formação de espuma representadas na Figura 8, 105, e na Figura 10, 138, assumiríam as respectivas posições similares dentro do aerossol vedado por engaste com um único conjunto de válvula atuada manualmente. Tais aerossóis podem ser preenchidos com fluido espumante antes da aplicação do conjunto de tampa vedado por engaste, ou de volta através da válvula atuada manualmente após a aplicação do conjunto de tampa vedado por engaste. Os aerossóis seriam pressurizados preenchendo-os com gás de carga pressurizado através do conjunto de válvula atuada manualmente.
[0080] Alternativamente, a disposição mostrada na Figura 10 podería compreender uma bolsa que contém o tubo de imersão 154, o conduto de gás 141 e o líquido espumante 134. O formador de espuma ainda seria integrado ao bocal conforme mostrado na Figura 10.
[0081] Uma outra modalidade da presente invenção é uma embalagem funcional para um fluido espumante para uso em um dispositivo de dispensação de espuma durável ou semidurável. Essa embalagem funcional é descartável e, com mais preferência, reciclável.
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Um exemplo de tal embalagem funcional é mostrado na Figura 11. A embalagem compreende um conjunto de vedação e formador de espuma 156 que tem um tubo de imersão 157 com uma única trajetória de fluxo contínua formada por uma entrada de líquido 158, uma trajetória de fluxo oscilante 159 e uma saída de microespuma 160. O conjunto tem um conduto de gás fixo 161 com uma entrada de gás 162, que intersecta a trajetória de fluxo da entrada de líquido 163 para formar uma junção de mistura de gás e líquido 164. O conduto de gás 161 pode ser fixado ao tubo de imersão 157, conforme mostrado, mas pode ser integrado ao tubo de imersão 157 para formar uma única estrutura compacta (não mostrada). O conjunto de vedação e formador de espuma 156 também tem um flange de vedação 165 com capacidade para formar uma vedação de pressão com o dispositivo de dispensação de espuma durável ou semidurável, Figura 12. Fixado ao conjunto de vedação e formador de espuma 156 está um retentor de líquido 166. O retentor de líquido 166 é fixado de modo a formar uma vedação completa com o conjunto de vedação e formador de espuma 156, e atua como um recipiente líquido à prova de vazamento. O retentor de líquido 166 pode ser rígido e produzido a partir de qualquer material adequado, mas também pode ser um saco flexível, de preferência, formado a partir de plásticos com barreiras ou laminados de metal e plástico. O retentor de líquido 166 contém o fluido espumante 167 e encerra o tubo de imersão 157 do conjunto de vedação e formador de espuma 156 e o conduto de gás 161. O fluido espumante 167 pode ser introduzido no retentor de líquido 166 por meio da saída de microespuma 160, através de uma abertura, tal como uma emenda no retentor de líquido, que é vedada após o preenchimento, ou por meio de uma porta ou válvula integrada à parede do retentor de líquido (não mostrado). O fluido espumante 167 será preenchido no retentor de líquido 166 de modo que não haja gás no espaço livre 162, ou haja um espaço livre 162 de um
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27/29 gás desejado ou mistura de gases à pressão atmosférica ou abaixo da mesma. A embalagem também pode ter uma vedação removível ou frangível (não mostrada) aplicada à saída de microespuma 160 para impedir vazamentos, proteger o fluido espumante contra contaminação e reter uma condição de espaço livre desejada. Se o retentor de líquido 166 for formado de um saco flexível, o mesmo pode ser enrolado ou dobrado de modo a reduzir o espaço para armazenamento e facilitar a inserção no dispositivo de dispensação de espuma durável, Figura 12. O retentor de fluido dobrado ou enrolado pode ser adicionalmente encamisado com uma cobertura removível ou frangível produzida a partir de plástico, folha de metal, papel, cartolina ou outro material adequado para estabilidade e para auxiliar a inserção no dispositivo de dispensação de espuma.
[0082] A modalidade exemplificativa de embalagem funcional, mostrada na Figura 11, é projetada para uso no dispositivo de dispensação de espuma durável mostrado na Figura 12. Antes do uso, quaisquer vedações removíveis ou embalagem secundária podem ser removidas da embalagem funcional 168, que é, então, inserida no vaso de retenção 169 do dispositivo gerador de espuma. O vaso de retenção pode ser um anel em O, ou gaxeta 170 na interface com o flange de vedação da embalagem funcional 171 para fornecer uma vedação de pressão. Alternativamente, o flange de vedação 171 da embalagem funcional 168 pode incorporar sem próprio anel em O ou gaxeta, ou ser formado a partir de um material compatível adequado para formar uma vedação de pressão sob compressão. O conjunto de tampa 172 é preso ao vaso de retenção 169 por meio de um fio de rosca 173, ou outro mecanismo adequado, que veda as trajetórias de fluxo do dispositivo da atmosfera externa. O conjunto de tampa incorpora uma porta de carregamento de gás pressurizado 174 com válvula unidirecional 175, um conjunto de molas de válvula atuadas manualmente 176, 177 e um
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28/29 bocal de dispensação 178. O dispositivo é carregado até a pressão desejada com o gás ou mistura de gases necessária por meio da porta de carregamento de gás pressurizado 174. O abastecimento de gás pressurizado pode ser fornecido por bombas de ar, compressores de gás, cilindros de gás pressurizado ou bulbos de gás pressurizado de pequeno volume. No carregamento do dispositivo de dispensação de espuma, o gás de carga passa através da trajetória de fluxo oscilante 179 do tubo de imersão da embalagem funcional 180 que sai para o retentor de líquido 181 por meio da entrada de líquido 182 e da entrada de gás do conduto de gás 183. O retentor de líquido 181, se for um saco flexível, tem um volume inflado maior ou igual ao volume do vaso de retenção do dispositivo 169. Se o retentor de líquido 181 for rígido, o mesmo pode ter um volume que permite encaixe máximo no vaso de retenção, ou ter capacidade para reter uma pressão elevada se tiver volume menor que o vaso de retenção. Uma vez que a pressão do gás desejado tenha sido alcançada no espaço livre 189 da embalagem funcional 168, o abastecimento de gás externo pode ser desconectado da porta de carregamento de gás de alta pressão 174.
[0083] As microespumas do fluido espumante 184 são, então, produzidas abrindo-se a válvula atuada manualmente 176. A válvula 176 é sua mola de retorno 177 podem ser atuadas por vários meios conhecidos na técnica, tais como alavancas, gatilhos e botões (não mostrados). Além disso, a posição da mola de retorno 177 em relação à válvula 176 pode variar com relação à escolha do projeto de atuação manual. A abertura de válvula 176 permite uma liberação de pressão para o retentor de líquido pressurizado 181 dentro do vaso de retenção 169. A liberação de pressão resulta no fluido espumante 184 que flui para o tubo de imersão 180 por meio da entrada de fluido 182 e no gás pressurizado que flui para a entrada 183 do conduto de gás 185, que é posicionado dentro do espaço livre de gás acima do nível de fluido
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29/29 espumante. Os fluxos de gás pressurizado no conduto de gás 185 e na entrada do tubo de imersão 182 se encontram na junção de gás-líquido 186, onde o gás é incorporado no fluxo de líquido. O fluxo de fluido bifásico passa através do canal oscilante 178 no tubo de imersão 179 onde é convertido para uma microespuma. A microespuma, então, flui para fora da embalagem funcional 168, através do canal de fluxo de microespuma da tampa 187 e da válvula aberta 176. A microespuma finalmente sai do dispositivo 188 através do bocal 178. A geração de microespuma cessa quando o atuador manual (alavanca, gatilho ou botão) é liberado e a mola de retorno da válvula 177 fecha a válvula 176, equalizando a pressão do sistema dentro do dispositivo.
[0084] Esse dispositivo pode ser recarregado com gás a qualquer momento durante o uso conectando-se o dispositivo vedado a um abastecimento de gás de carga externo por meio do conector de gás de alta pressão 174. Quando o fluido espumante 184 dentro da embalagem funcional 168 é gasto, a pressão de gás residual é liberada por atuação manual da válvula 176. Uma vez que o dispositivo esteja equalizado com a pressão atmosférica, o atuador manual é liberado, fechando a válvula 176, e a tampa pode, então, ser removida com segurança. A embalagem funcional 168 é, então, removida do vaso de retenção 169 e descartada ou reciclada. Uma nova embalagem funcional 168 é inserida no vaso de retenção e o processo é repetido.

Claims (14)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aparelho para gerar uma microespuma, caracterizado pelo fato de que compreende um canal que tem uma entrada e uma saída, uma fonte de líquido espumante e gás pressurizado disposta para alimentar a entrada, sendo que o canal é compreendido por um canal de fluxo espacialmente oscilante para fornecer uma direção de fluxo oscilante, em que o canal de fluxo espacialmente oscilante oscila em torno de uma direção de fluxo volumoso, sendo que o canal de fluxo espacialmente oscilante fornece uma sequência de seções transversais planas perpendiculares à direção de fluxo, com uma subsequência de seções transversais planas que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso no plano em questão, sendo que a subsequência compreende pelo menos um plano que não se sobrepõe a pelo menos um outro plano na subsequência.
  2. 2. Método para gerar uma microespuma, caracterizado pelo fato de que emprega um aparelho que compreende um canal que tem uma entrada e uma saída, sendo que o método compreende alimentar a entrada do canal sob pressão com um gás e um líquido espumante, sendo que o canal é compreendido por um canal de fluxo espacialmente oscilante para fornecer uma direção de fluxo oscilante, em que o canal de fluxo espacialmente oscilante oscila em torno de uma direção de fluxo volumoso, sendo que o canal de fluxo espacialmente oscilante fornece uma sequência de seções transversais planas perpendiculares à direção de fluxo que compreende uma subsequência de seções transversais planas que são perpendiculares à direção de fluxo volumoso no plano em questão, sendo que a subsequência compreende pelo menos um plano que não se sobrepõe a pelo menos um outro plano na subsequência.
  3. 3. Método ou aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a subsequência compreende pelo
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    2/3 menos um plano que não se sobrepõe a nenhum dos dois planos na subsequência adjacente ao mesmo.
  4. 4. Método ou aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos dez planos na subsequência não se sobrepõem a nenhum dos dois planos na subsequência adjacente aos mesmos.
  5. 5. Método ou aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que substancialmente todos os planos na subsequência não se sobrepõem a nenhum dos dois planos na subsequência adjacente aos mesmos.
  6. 6. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a área média de seção transversal do canal de fluxo espacialmente oscilante é de 0,5 a 5 mm2.
  7. 7. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o canal de fluxo espacialmente oscilante é um canal único sem divisões e reunificação de canais.
  8. 8. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a distância média entre planos na subsequência é de 0,5 a 20 mm.
  9. 9. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o líquido espumante é um produto lácteo ou um equivalente sintético.
  10. 10. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o gás compreende ar, nitrogênio, hidrocarboneto, dióxido de carbono, óxido nitroso ou misturas dos mesmos.
  11. 11. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a
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    3/3 microespuma tem um diâmetro médio de bolha inferior a 100 microns.
  12. 12. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o canal de fluxo espacialmente oscilante é produzido a partir de plástico.
  13. 13. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o canal de fluxo espacialmente oscilante é produzido a partir de uma impressora 3D.
  14. 14. Método ou aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende um recipiente pressurizado que compreende uma saída abrível e fechável, sendo que o recipiente contém o líquido espumante e o gás sob pressão, sendo que o aparelho é disposto de modo a distribuir o líquido espumante e o gás na entrada do canal espacialmente oscilante, cuja saída é acoplada à saída abrível e fechável do aparelho, de modo que, quando a saída abrível e fechável estiver aberta, a diferença de pressão entre aquela no interior do recipiente e a pressão na saída seja suficiente para conduzir o líquido espumante e o gás para a entrada, gerando, assim, uma microespuma que sai da saída e, por sua vez, da saída abrível e fechável do aparelho.
BR112019017924-0A 2017-03-01 2018-02-22 Aparelho para gerar uma microespuma e método para gerar uma microespuma que emprega o dito aparelho BR112019017924B1 (pt)

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