BR112019027278A2 - turbina de pulverização e desidratação de alta velocidade - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a uma turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) para obter partículas pulverizadas sólidas e dissociar a água presente, que é formada por: a) um estator (6) com geometria circular com um canal duto em uma extremidade (7)) para a saída das partículas sólidas pulverizadas e um canal na parte inferior (10) para a entrada de partículas sólidas a serem pulverizadas; b) uma roda ou rotor com pás ou lâminas, localizada dentro do estator; e c) um conjunto de fixação central para ajustar e prender todos os elementos que formam a roda ou o rotor. Também é descrito um método para obter partículas sólidas pulverizadas e desidratadas, em que a água presente é separada.

Description

"TURBINA DE PULVERIZAÇÃO E DESIDRATAÇÃO DE ALTA VELOCIDADE" CAMPO DA TÉCNICA
[001] A invenção refere-se à desidratação e pulverização de produtos sólidos orgânicos e inorgânicos em diferentes áreas do estado da técnica, por exemplo, produtos como matérias-primas para alimentos, na produção de pós e farinhas de frutas e vegetais, em resíduos agroindustriais, no sedimento de depósito final das indústrias de saneamento e no sedimento e subprodutos de várias indústrias de manufatura, como pesca, criação, aves, silvicultura e mineração.
[002] A invenção é uma turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade que é capaz de quebrar partículas sólidas e produzir dissociação da água nela contida. Além disso, a invenção fornece um procedimento para quebrar as partículas sólidas e dissociar a água nas mesmas.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[003] O elemento básico de uma turbina é sua roda ou rotor que compreende pás, lâminas ou hélices colocadas em torno da circunferência da roda do rotor.
[004] As turbinas mais conhecidas são as turbinas a água e as turbinas a vapor.
[005] O Documento US2006051210 descreve uma turbina Francis e uma turbina de água compreendendo uma turbina Francis. É descrita uma turbina Francis, compreendendo uma tampa e uma correia da lâmina que se estendem entre a tampa e a correia da lâmina e que definem um canal de fluxo de fluido. É definido um valor de 0,1 a 0,2 para a proporção de espessura máxima de cada lâmina / comprimento médio. As lâminas ou pás têm uma curvatura e são lisas na superfície, sem fendas ou furos.
[006] O Documento US5780935 descreve um sistema de turbina que possui um membro de base oco e uma saída de fluido larga localizada acima do canal de fluido de entrada. Uma roldana de turbina é montada sobre a saída de fluido e inclui um eixo vertical conectado a um gerador. Além disso, uma pluralidade de lâminas de turbina está na extremidade inferior do eixo adjacente à saída de fluido. As bordas superiores das lâminas são parabólicas.
[007] O Documento US7704045 descreve uma lâmina de rotor de turbina que compreende um bolso squealer na ponta da lâmina para fornecer uma vedação entre a ponta da lâmina e a cobertura externa do motor. Além disso, as lâminas têm uma fileira de orifícios que se estendem ao longo da parede lateral de pressão e entalhes associados a cada orifício.
[008] O documento US2012057985 descreve uma lâmina de estator de turbina, incluindo uma lâmina que é formada por uma matriz de cerâmica e uma banda que suporta a lâmina. As lâminas são de forma côncava, lisas na parede interna e convexas na parede externa.
[009] O documento WOZ2009 / 048313 descreve um conjunto de turbina / ciclone que se destina a separar partículas, das mais densas as menos densas, por exemplo, adequadas para remover a água de um produto orgânico (como grãos, cereais) e também para purificar os diferentes fluidos, por exemplo, removendo as impurezas de um fluido de combustão. A turbina WO2009 / 048313 remove a umidade dentro da partícula por cavitação.
[010] O Documento GB19540024360 menciona um perfil aerodinâmico projetado para ser usado em uma corrente de fluido que flui à velocidade do som, por exemplo. uma asa ou lâmina de turbina ou compressor. O objetivo dos dentes, que podem ter formato triangular, sinusoidal, semicircular ou trapezoidal, é impedir o descolamento da camada limite, reduzindo assim a formação de vórtices, o que diminui consequentemente a eficiência e a velocidade.
[011] No estado da técnica, existem diferentes tipos de lâminas para turbinas, cada uma baseada na função da turbina. No entanto, não foram encontradas turbinas que forneçam as lâminas apropriadas para a pulverização de partículas. Portanto, é necessária uma turbina com lâminas especiais apropriadas para obter a melhor pulverização e dissociação de partículas da água na mesma.
[012] O objetivo da presente invenção é fornecer uma turbina de desidratação e pulverização capaz de quebrar partículas sólidas e induzir a dissociação da água na mesma.
[013] UmM objetivo adicional da presente invenção é fornecer um procedimento para quebrar partículas sólidas e dissociar a água nas mesmas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[014] A presente invenção é uma turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) capaz de quebrar partículas sólidas e dissociar a água na mesma para obter partículas sólidas pulverizadas com água dissociada.
[015] Além disso, a presente invenção descreve um procedimento para quebrar partículas sólidas e dissociar a água nas mesmas.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[016] A invenção será descrita abaixo com referência aos desenhos anexos, nos quais:
[017] A Figura 1 mostra uma vista esquemática da turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) da presente invenção.
[018] A Figura 2 mostra uma vista esquemática da turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) da presente invenção, com uma vista das partes internas.
[019] A Figura 3 mostra uma vista esquemática da turbina de desidratação e pulverização, com uma vista das pás ou lâminas internas (2).
[020] A Figura 4 mostra uma vista esquemática da parte interna da turbina (roda ou rotor) contendo as pás ou lâminas internas (2).
[021] A Figura 5 mostra uma vista esquemática da parte interna da turbina (roda ou rotor) contendo as pás ou lâminas internas (2) com suas partes quebradas.
[022] A Figura 6 mostra uma vista superior, lateral e inferior da parte interna da turbina que contém as pás ou as lâminas.
[023] A Figura 7 mostra uma vista esquemática da pá ou lâminas da turbina com bordas superiores sinusoidais (3).
[024] A Figura 8 mostra uma vista esquemática da palheta pá ou lâmina da turbina com bordas superiores triangulares (4).
[025] A Figura 9 mostra uma vista esquemática da pá ou lâmina da turbina com bordas superiores poligonais de cinco ou mais vértices (5).
DESCRIÇÃO DETALHADA
[026] A presente invenção é uma turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) para obter partículas pulverizadas sólidas e dissociar a água presente, compreendendo pás ou lâminas (2) especialmente projetadas para obter uma pulverização eficiente. Além disso, a presente invenção descreve o procedimento para quebrar partículas sólidas e dissociar a água nas mesmas.
[027] A turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) deve ser montada em um sistema de acionamento que suporte seu eixo geométrico central (11), o que permite que a turbina trabalhe em alta velocidade, quebrando assim as partículas de material sólido e dissociando a água dentro do material sólido. A turbina consiste dos seguintes elementos: - um estator (6) com geometria circular com um duto em uma extremidade (7) para a saída das partículas sólidas pulverizadas; - um duto na parte inferior da turbina (10) para a entrada das partículas sólidas a serem pulverizadas; - uma roda ou rotor (8) com pás, localizada dentro do estator, que contém os seguintes elementos:
- fixação de duas pás e placas de montagem (9) de formato circular; - um eixo geométrico central (11) para prender as placas de fixação (9); - pelo menos quatro barras de separação e montagem (12) que correm paralelas ao eixo geométrico central (11) e fixadas perpendicularmente através de uma de suas extremidades às placas de fixação e montagem (9); e - pelo menos quatro pás (2) ou lâminas que são unidas ao eixo geométrico central (11) e localizadas radialmente, geralmente planas, em que cada pá (2) tem uma fenda interna inferior (13) localizada na parte inferior de um de seus lados e perto da entrada da turbina; - um conjunto de fixação central para ajustar e prender todos os elementos que formam a roda ou o rotor (8).
[028] O formato externo da parte superior das pás ou lâminas (2) pode ser sinusoidal (3) com dentes quadrados ou com vértices, triangulares (4) ou poligonais (5) com cinco ou mais vértices (ver Figuras 7, 8 e 9, respectivamente). Por exemplo, podem estar presentes lâminas com vértices, cuja parte superior ou ponta tem o formato de meio polígono de oito ou mais lados, ou lâminas com uma ponta sinusoidal.
[029] Cada pá ou lâmina (2), independentemente do formato, apresenta seguindo o topo dois orifícios superiores do tipo calha aberta (14) em cada lado da pá e, na parte inferior, cada pá apresenta uma forma reta (15 ) em um dos lados (perfil) e uma forma côncava (16) no outro. Além disso, o mesmo lado que tem a forma côncava tem a fenda interna (13); veja as Figuras 5, 7, 8 e 9. Na forma reta (15) e côncava (16) das pás do rotor (8), é formada uma câmara de ressonância, com amplitudes e frequências acústicas que geram uma condição de ultrassom, com medidas mais alta do que 120 dB, causado pela alta velocidade e pelo som gerado pela fenda interna (13) devido à passagem de ar.
[030] O rotor (8) pode ter 4, 6, 8, 10, 12, 16 ou mais pares de pás ou lâminas
(2). As pás ou lâminas estão localizadas ao longo do alojamento da turbina ou formato do estator, mantendo uma distância conforme definida em torno do referido alojamento (6).
[031] A turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) da presente invenção compreende em seu sistema de acionamento uma caixa de engrenagens dupla para atingir sua alta velocidade. A velocidade de rotação está preferencialmente na faixa ou compreendida entre cerca de 2.000 RPM e cerca de
10.000 RPM. Além disso, a turbina de pulverização pode operar em temperatura ambiente ou a uma temperatura definida de cerca de 30ºC a cerca de 100ºC.
[032] Os furos superiores do tipo calha aberta (14) em cada lado das pás (2) permitem que a roda ou o rotor gire dentro do estator para a livre circulação das pás dentro do estator (6) e um aumento de velocidade das partículas solidas. Por outro lado, forma da ponta poligonal (5), triangular (4) ou sinusoidal (3) de cada pá do rotor permite impedir que o acúmulo de material nas paredes do estator (6) interrompa o equipamento, ou seja, o atrito ou restrição da turbina causado pelo material que circula dentro do estator no espaço entre as partes fixas (paredes do estator) e as partes móveis (roda ou rotor) . O efeito de “forro” do freio com o material circulante deve ser evitado; portanto, a parte superior da pá deve ser ajustada à forma das partes fixas do estator, mas com variações da forma do contorno superior, como dentes quadrados, ondas, vértices ou qualquer outro formato que permita impedir o efeito do freio. A ideia é reduzir o contorno da superfície em relação ao contorno da peça fixa, como o invólucro da pá apresenta pequenas variações de forma em relação ao invólucro interno da parte fixa.
[033] Por outro lado, a fenda interna inferior (13) das pás ou lâminas permite que, ao girar em velocidades determinadas, gerem sinais de baixa frequência e harmônicos de alta frequência para permitir que o material e as partículas de água dentro da turbina sejam atomizados.
[034] O procedimento para quebrar as partículas sólidas e dissociar a água nas mesmas compreende: a.- ter uma turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1), conforme definido anteriormente, e um sistema de acionamento associado a ela; b.- colocar o sistema de acionamento em operação para que a turbina atinja a alta velocidade necessária; c- inserir uma corrente de partículas sólidas transportadas pelo ar sob uma condição de pressão negativa ou sucção no fundo (10) da turbina (1); e d.- pulverizar as partículas sólidas e dissociar a água dentro das partículas sólidas.
[035] A corrente de partículas sólidas transportadas pelo ar entra na turbina de alta velocidade (1) na parte inferior (10) por sucção ou pressão negativa. Uma vez dentro da turbina, as partículas sólidas transportadas pelo ar giram em alta velocidade como resultado da rotação das lâminas da turbina (2), como resultado da fenda interna inferior (13) e como resultado do formato das pás do rotor. As partículas adicionalmente recirculam em altas velocidades dentro da turbina. À recirculação é causada pela proximidade dos pontos de pressão e sucção no projeto da turbina e do alojamento de alta velocidade (6). Para facilitar a recirculação de partículas no interior da turbina, o alojamento (6) da extremidade circular para a entrada (10) é projetado com formato cônico, o diâmetro menor do referido cone correspondendo ao diâmetro da placa de fixação inferior (9) de o rotor da turbina (8). O design interno da turbina de alta velocidade e das pás do rotor permite que o rotor gire (8) para que o material que circula dentro do estator passe pelo espaço entre as partes fixas (estator) e as partes móveis (roda ou rotor) ); a parte móvel da pá ou lâmina (2) deve ser ajustada às partes fixas do estator (6). Por sua vez, a função do conjunto de segurança é dupla, pois, por um lado, permite prender todas as peças ou elementos que formam o rotor (8) e, por outro, regula a pressão das placas de fixação (9) nas pás (2), esticando-as ou encolhendo-as e evitando o acúmulo de material sólido nas superfícies internas do estator. Da mesma forma, o formato poligonal, triangular ou sinusoidal das palhetas do rotor (8) (2) permite impedir que o acúmulo de material nas paredes do estator (6) pare o equipamento. Ao passar pelo interior da turbina, as partículas sólidas transportadas pelo ar saem transformadas em partículas sólidas transportadas pelo ar com água transportada pelo ar por via micro dispersa.
[036] A turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade foi projetada para executar simultaneamente os seguintes princípios físicos: * Geração de pressão negativa e deslocamento axial e tangencial do material de entrada. Gerando fricção do material de entrada e decomposição do mesmo.
* Geração de microdispersão da água desassociada do material gerando ultrassom, que se move e se desloca com o ar.
* Geração de pressões de ar superiores a 400 mm. wc. (milímetros, coluna de água) e velocidades de percurso de cerca de 40 m/s a cerca de 90 m/s na entrada (10).
* Ocasionar sinais de baixa frequência, alta amplitude e harmônicos secundários.
* Geração de compressões de material em seu percurso pelas pás.
* Geração do efeito Bernoulli que, através da fenda interna inferior da pá (13), gera mudanças de velocidade e pressão em diferentes pontos da turbina.
* Impedir através do projeto da pá o acúmulo de material nas paredes da turbina.
* Manter a geometria do duto de entrada e saída, priorizando o deslocamento do material e o acúmulo em descontinuidades geométricas.
[037] Por outro lado, o ajuste das temperaturas do ponto de ajuste é relevante para cada material, para evitar sujeitá-lo à zona de cola (pegajosa) e permitir a condição de deslocamento livre (fluxo livre) do material.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES
1. Turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) para obter partículas pulverizadas sólidas e dissociar água das mesmas, por exemplo, matérias-primas alimentares, na produção de pós e farinhas de vegetais e frutas, em resíduos agroindustriais, no sedimento de disposição final das indústrias de saneamento e no sedimento e subprodutos de várias indústrias de manufatura, como a pesca, pecuária, aves, silvicultura e mineração, CARACTERIZADA pelo fato de que consiste dos seguintes elementos: a) um estator (6) com geometria circular com um canal em uma extremidade (7) para a saída das partículas pulverizadas sólidas e um canal na parte inferior (10) para a entrada de partículas sólidas a serem pulverizadas; b) uma roda ou rotor (8) com pás ou lâminas (2), localizado dentro do estator, que contém os seguintes elementos: i) duas placas de fixação e montagem de pás (9) de formato circular; ii) um eixo geométrico central (11) para encaixar as placas de fixação (9); ili) pelo menos quatro barras de separação e montagem (12) que correm paralelas ao eixo geométrico central (11) e fixadas perpendicularmente através de uma de suas extremidades às placas de fixação e montagem (9); e iv) pelo menos quatro pás ou lâminas (2) que são unidas ao eixo geométrico central (11) e localizadas radialmente, geralmente planas, onde cada pá ou lâmina (2) tem uma fenda interna inferior (13) localizada na parte inferior de um de seus lados e próximo à entrada da turbina, que gera um sinal de baixa frequência e harmônicos de alta frequência para permitir que o material e as partículas de água no interior da turbina sejam atomizados; e c) um conjunto de fixação central para ajustar e prender todos os elementos que formam a roda ou o rotor (8).
2. Turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as pás ou lâminas (2) também possuem dois orifícios superiores do tipo calha aberta (14) em cada lado da pá, localizados imediatamente abaixo do topo de cada pá, que permite que a roda ou o rotor gire dentro do estator para a livre circulação das pás dentro do estator (6) e um aumento de velocidade das partículas sólidas.
3. Turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o formato externo do topo das pás ou lâminas (2) pode ser sinusoidal (3) com dentes quadrados ou vértices , triangular (4) ou poligonal (5) e onde o dito formato da parte superior permite impedir o acúmulo de material nas paredes do estator, evitando assim o atrito ou restrição da turbina.
4. Turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, CARACTERIZADA pelo fato de que cada pá ou lâmina apresenta uma forma reta (15) na parte inferior em um dos lados (perfil) e um formato côncavo (16) no outro lado, em que o mesmo lado que tem a forma côncava tem a fenda interna (13), de modo que, na forma reta (15) e côncava (16) das pás do rotor (8), uma ressonância é formada uma câmara com amplitudes e frequências acústicas que geram uma condição de ultrassom, com medidas superiores a 120 dB causadas pela alta velocidade e pelo som gerado pela fenda interna (13) devido à passagem de ar.
5. Turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, CARACTERIZADA pelo fato de que a turbina também é montada em um sistema de acionamento que suporta o seu eixo geométrico central (11), o que permite que a turbina trabalhe em alta velocidade e compreende uma caixa de engrenagens dupla para atingir sua alta velocidade.
6. Turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade, de acordo com qualquer uma das reivindicações acima, CARACTERIZADA pelo fato de que o rotor
(8) da turbina pode ter 6, 8, 10, 12, 16 ou mais pares de pás ou lâminas (2), e em que as pás ou lâminas estão localizadas ao longo do formato do estator da turbina, mantendo uma distância conforme definida em torno do dito estator (6).
7. Procedimento para a obtenção de partículas sólidas pulverizadas e desidratadas, nas quais a água presente é dissociada de, por exemplo, matérias- primas alimentares, na produção de pós e farinhas de frutas e vegetais, em resíduos agroindustriais, no sedimento de disposição final das indústrias de saneamento, e sedimentos e subprodutos de diversas indústrias, como a pesca, pecuária, aves, silvicultura e mineração, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: |) possuir uma turbina de desidratação e pulverização de alta velocidade (1) que compreende os seguintes elementos: a) um estator (6) com geometria circular com um canal em uma extremidade (7) para a saída das partículas pulverizadas sólidas e um canal na parte inferior (10) para a entrada de partículas sólidas a serem pulverizadas; b) uma roda ou rotor (8) com pás ou lâminas (2), localizado dentro do estator, que contém os seguintes elementos: i) duas placas de fixação e montagem de pá (9) de formato circular; ii) um eixo geométrico central (11) para fixar as placas de fixação (9); lili) pelo menos quatro barras de separação e montagem (12) que correm paralelas ao eixo geométrico central (11) e fixadas perpendicularmente através de uma de suas extremidades às placas de fixação e montagem (9); e iv) pelo menos quatro pás ou lâminas (2) que são unidas ao eixo geométrico central (11) e localizadas radialmente, geralmente planas, onde cada pá ou lâmina (2) tem uma fenda interna inferior (13) localizada na parte inferior de uma de seus lados e próximo à entrada da turbina, que gera um sinal de baixa frequência e harmônicos de alta frequência para permitir que o material e as partículas de água no interior da turbina sejam atomizados; e c) um conjunto de fixação central para ajustar e prender todos os elementos que formam a roda ou o rotor (8); 11) colocar a turbina em operação para que a turbina atinja a alta velocidade necessária; 111) introduzir uma corrente de partículas sólidas transportadas pelo ar sob uma condição de pressão negativa ou sucção no fundo (10) da turbina (1); e IV) pulverizar as partículas sólidas e dissociar a água dentro das partículas sólidas.
8. Procedimento, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente de partículas sólidas transportadas pelo ar que entram na turbina de alta velocidade no fundo (10) por sucção ou pressão negativa passa pelas pás ou lâminas (2) em alta velocidade.
9. Procedimento, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a turbina é também montada em um sistema de acionamento que suporta seu eixo geométrico central (11), que permite que a turbina trabalhe em alta velocidade e que a velocidade de deslocamento das partículas sólidas na entrada da turbina é de cerca de 40 m/s a cerca de 90 m/s.
10. Procedimento, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a velocidade de rotação estar preferencialmente na faixa compreendida entre cerca de 2.000 RPM e cerca de 10.000 RPM.
11. Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que as pás ou lâminas (2) também terem dois orifícios superiores do tipo calha aberta (14) em cada lado da pá, localizados imediatamente abaixo do topo de cada pá, que permite que a roda ou o rotor gire dentro do estator para a livre circulação das pás dentro do estator (6) e um aumento de velocidade das partículas sólidas.
12. Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11,
CARACTERIZADO pelo fato de que a forma externa da parte superior das pás ou lâminas (2) pode ser sinusoidal (3) com dentes quadrados ou vértices, triangulares (4) ou poligonal (5) e onde a referida forma da parte superior permite impedir o acúmulo de material nas paredes do estator, evitando assim o atrito ou restrição da turbina.
13. Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que cada pá ou lâmina apresenta uma forma reta (15) na parte inferior de um dos lados (perfil) e uma forma côncava (16) no outro, em que o mesmo lado que tem a forma côncava tem a fenda interna (13), de modo que, na forma reta (15) e côncava (16) das pás do rotor (8), é formada uma câmara de ressonância, com amplitudes acústicas e frequências que geram uma condição de ultrassom, com medidas superiores a 120 dB causadas pela alta velocidade e pelo som gerado pela fenda interna (13) devido à passagem do ar.
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BR112019027278-0A 2017-06-21 Turbina de pulverização e desidratação de alta velocidade e procedimento capaz de quebrar as partículas sólidas e produzir a dissociação da água nas mesmas BR112019027278B1 (pt)

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