BR112020004187A2 - dispositivo de prevenção de bioincrustação submarinha - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo de diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (6) (LEDs de UV) 1 para evitar a formação de bioincrustação em um sistema para operação submarina de um fluido-alvo. Além disso, a presente invenção revela tal dispositivo para se acoplar a ou integrar um sistema de tratamento submarino e um processo que utiliza tal dispositivo.

Description

"DISPOSITIVO DE PREVENÇÃO DE BIOINCRUSTAÇÃO SUBMARINHA" CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo para evitar a formação de bioincrustação em um sistema para operação submarina de um fluido-alvo. O dispositivo inclui diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV). Além disso, a presente invenção revela a integração do dispositivo com um sistema de membranas e um processo que utiliza tal dispositivo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Em atividades de tratamento da água do mar, separação de óleo e água e processamento de gás em áreas de exploração submarina e em alto mar (conceito de fábrica submarina) a bioincrustação é um desafio. Devido aos altos custos de manutenção e complexidade de operações associadas, um aumento significativo na vida útil dos equipamentos, como membranas, em sistemas de tratamento submarino é um dos requisitos de maior demanda. O uso de produtos químicos combinado com métodos físicos e mecânicos é a estratégia mais amplamente utilizada para limpeza de membranas e equipamentos em terra e em plataformas. Na prevenção de bioincrustação durante a aplicação submarina de processos de separação por membranas, existem vários desafios, limitações e lacunas que impedem que a aplicação de métodos convencionais de desinfecção ou controle de bioincrustação, como aqueles usados na superfície, seja uma tarefa simples ou óbvia. No caso de processos de separação por membranas, a bioincrustação representa cerca de 80% do total da incrustação. Dessa forma, o controle de bioincrustação é crítico para garantir a vida útil e o desempenho de processos, dispositivos, equipamentos e instrumentos. Esforços e desenvolvimentos tecnológicos significativos têm sido feitos para aprimorar processos relacionados a atividades submarinas e em alto mar, por exemplo, no tratamento de membranas e em outras tecnologias. Especificamente, para aplicações como remoção de sulfatos, injeção de água de baixa salinidade, separação de óleo e água e separação de gases, etc., que estão fortemente associadas à melhoria na recuperação de óleo, os objetivos a serem alcançados são aumentar a produtividade, melhorar as condições de operação ou reduzir impactos/riscos ambientais da exploração de óleo e gás em águas profundas ou ultraprofundas.

[0003] Métodos químicos e a maioria dos métodos convencionais de prevenção de bioincrustação são técnica e/ou economicamente inviáveis para aplicações submarinas, devidos a custos muito elevados, operações muito complexas e condições desafiadoras envolvidos em operações e ambientes submarinos. Para a prevenção de bioincrustação durante a aplicação de processos de separação por membranas como microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF), osmose reversa (OR) ou troca iônica (TI), existem vários fatores que tornam inadequados os métodos convencionais de desinfecção. Tais fatores incluem resistência mecânica, estabilidade química, segurança física, monitoramento e controle, pressão (300 bars ou mais) e resistência a baixas temperaturas, e também a obrigação de evitar qualquer possibilidade de vazamento no mar de qualquer substância tóxica, perigosa ou potencialmente nociva. Adicionalmente, o método ou sistema utilizado precisa também ser robusto, com uma vida útil extralonga e livre de manutenção.

[0004] A requerente está envolvida em diversos programas de pesquisa em tratamento de água do mar, separação de óleo e água e processamento de gás em áreas de exploração submarina e em alto mar. Paralelamente, equipamentos e tecnologias auxiliares precisam ser desenvolvidos para suportar os novos aprimoramentos aqui revelados para atividades de processamento submarino e suas possíveis consequências desconhecidas. Dessa forma, para ambientes submarinos, novas técnicas de limpeza precisam ser implementadas para remover ou evitar a bioincrustação, e superar as desvantagens na tecnologia existente.

[0005] A luz ultravioleta (UV) é uma tecnologia comprovada para inativação de micro-organismos em sistemas de tratamento de água por membranas e outras aplicações. A título de exemplo, a patente US n° 20100176056A1 revela um método para evitar a bioincrustação em superfícies com o uso de pré-tratamento por luz ultravioleta. Tal método utiliza lâmpadas UV convencionais de baixa pressão, projetadas para aplicações em terra apenas, mas que são inviáveis para operações submarinas. A patente KR n° 100971499B1 revela um aparelho para dessalinização de água do mar por osmose reversa. A patente US n° 20100176056A1 é destinada a aplicações em terra. Além disso, essa patente apresenta uma unidade de desinfecção acoplada a um sistema de membranas, que limita o uso em outras aplicações. Madaeni et al. (2007), em "Characterization of self-cleaning RO membranes coated with TiO2 particles under UV irradiation", Journal of Membrane Science, ScienceDirect, 303 (1–2), páginas 221 a 233, revela um mecanismo que atua diretamente sobre a superfície de uma membrana, mas não sobre um fluido. A ação sobre a superfície de membrana poderia causar interferência e afetar o desempenho da membrana. Além disso, o comprimento de onda da fonte de emissão de luz UV convencional usada para ativar o TiO2 é 365 nm, que não têm efeito germicida. Dessa forma, o efeito de desinfecção poderia ser devido aos radicais hidroxila que são produzidos durante um curto período. Portanto, a inativação de células atinge apenas Log 1 ou menos.

[0006] Existe, portanto, uma necessidade por produtos e métodos alternativos para evitar a formação de bioincrustação em operações e equipamentos submarinos. Descobriu-se surpreendentemente que o conceito proposto utilizando LEDs de UV satisfaz parâmetros específicos "Crítico para a Qualidade" (CTQ) inerentes às operações submarinas, e fornecem vários benefícios.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] Esta invenção fornece um dispositivo de diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV) e um processo associado. O dispositivo é fornecido com todos os elementos necessários para torná-lo capaz para operações em águas profundas ou ultraprofundas para evitar a formação de bioincrustação, por exemplo uma operação submarina de um fluido-alvo em um determinado sistema. O dispositivo pode ser usado para proteger, por exemplo, qualquer processo de tratamento por membranas submarino. O objetivo principal é evitar a formação de bioincrustação e a deposição de matéria orgânica e incrustação em quaisquer partes do sistema que envolvem o fluido-alvo. O dispositivo de LEDs de UV fornece uma maneira de estender a vida útil dos equipamentos sem o uso, ou com o uso reduzido, de produtos químicos, livre de manutenção e redução dos elevados custos e alta complexidade envolvidos em qualquer operação de manutenção submarina. Portanto, em um primeiro aspecto, a invenção apresenta um dispositivo para prevenção de bioincrustação em um sistema, como um sistema submarino, que inclui um fluido-alvo, sendo que o dispositivo compreende uma unidade de reator compreendendo superfícies de reator, sendo que as superfícies compreendem diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV). Portanto, a invenção fornece um dispositivo de prevenção de bioincrustação submarinha que compreende uma unidade de reator compreendendo superfícies de reator, sendo que as superfícies compreendem diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV).

[0008] Adicionalmente, o dispositivo pode estar incluído em um sistema de tratamento de fluidos e o dispositivo inclui, portanto, meios de integração com um sistema, como um sistema de separação por membranas.

[0009] Ainda adicionalmente, a invenção apresenta um processo para operação submarina de um fluido-alvo em um sistema, sendo que o método compreende uma etapa na qual radiação ultravioleta de alta intensidade emitida pelos LEDs de UV é transmitida através do fluido-alvo a ser tratado para evitar a formação de bioincrustação em quaisquer partes do sistema.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] A Figura 1 fornece um esboço de um dispositivo da invenção, sendo que o reator de LED tem uma estrutura cilíndrica.

[0011] A Figura 2 fornece um esboço adicional de um dispositivo da invenção, mostrando como os LEDs montados em paredes do reator cilíndrico emitem radiação em direção ao centro do cilindro.

[0012] A Figura 3 fornece esboços de um dispositivo da invenção em que o dispositivo tem uma configuração tubo-em-tubo. Na Figura 3a, os LEDs são colocados em uma tampa lateral e na Figura 3b os LEDs são colocados também nas paredes do reator do tanque do tubo externo, ou nas paredes externas ou nas paredes internas.

[0013] As Figuras 4a e 4b fornecem esboços de como os LEDs montados em paredes podem ser dispostos em um reator cilíndrico, com dois (a) ou três (b) canais, respectivamente.

[0014] A Figura 5 fornece um dispositivo da invenção que compreende um grupo de reatores cilíndricos.

[0015] A Figura 6 fornece um dispositivo da invenção que compreende um tanque cilíndrico externo, com uma entrada e uma saída, sendo que o tanque cilíndrico inclui várias barras inseridas com LEDs nas paredes.

[0016] A Figura 7 fornece um dispositivo da invenção que compreende um tanque externo, com uma entrada e uma saída, sendo que o tanque inclui várias barras de reator inseridas com LEDs nas paredes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0017] Esta invenção fornece um dispositivo de diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV) e um processo associado. O dispositivo é fornecido com todos os elementos de marinização para torná-lo capaz e adequado para operações submarinas, em alto mar e em águas profundas e ultraprofundas, e também para uso com equipamentos instalados sobre plataformas ou sob a água, sobre o leito oceânico ou próximo à superfície para evitar a formação de bioincrustação. A título de exemplo, mas sem constituir-se em limitação, em equipamentos como membranas, filtros e sistemas de tubulação interna, e instrumentação ou equipamentos associados aos mesmos. O dispositivo pode ser usado para proteger, por exemplo, qualquer equipamento ou processo de membrana submarino que envolve qualquer pré-tratamento, MF, UF, NF, OR, TI ou resina em diferentes locais. O objetivo principal é evitar a formação de bioincrustação e a deposição de matéria orgânica/incrustação. No caso de processos de separação por membranas, o sistema de LEDs de UV fornece uma maneira de proteger equipamentos e estender a vida útil das membranas com o uso, ou o uso reduzido, de produtos químicos, é livre de manutenção e evita/reduz os elevados custos e alta complexidade envolvidos em qualquer operação de manutenção submarina.

[0018] O dispositivo pode ser usado em aplicações submarinas. Portanto, ele é projetado para uso em operações em águas profundas ou ultraprofundas para evitar a formação de bioincrustação em, por exemplo, sistemas de tubulação, instrumentação, equipamentos e membranas nos quais há algum fluido-alvo envolvido. O dispositivo é, portanto, um dispositivo de prevenção de bioincrustação submarinha com meios para fornecer desinfecção de um fluido-alvo. O fluido-alvo a ser tratado é, por exemplo, água do mar, água, uma mistura de óleo e água ou uma mistura de gases. Em uma modalidade, o dispositivo pode ser combinado com sistemas de membranas para uso no tratamento de água do mar para injeção de água em campos de petróleo visando a produção melhorada de hidrocarbonetos.

[0019] Melhorias recentes em densidade de fluxo, estabilidade e horas de serviço dos LEDs de UV os tornaram uma solução viável para substituir fontes tradicionais de luz UV como lâmpadas de vapor de mercúrio, lâmpada de arco voltaico, lâmpadas de catodo quente e frio e lâmpadas em grades. Os LEDs de UV são mais ambientalmente amigáveis, uma vez que não contêm mercúrio nocivo, não produzem ozônio e consomem menos energia. A energia da radiação UV atravessa as paredes celulares dos micro-organismos (bactérias, vírus e esporos). Uma vez dentro da célula, a energia dos LEDs de UV é absorvida pelo DNA, RNA e proteínas causando destruição irreversível. Dessa forma, o organismo não é mais capaz de se reproduzir é, portanto, deixa de ser infeccioso. Quando o micro- organismo é eliminado, a base para a geração de biofilme e da bioincrustação é removida. A requerente descobriu que o uso de LEDs de UV é adequado também em áreas de exploração submarina e em alto mar. A invenção fornece uma tecnologia alternativa para operações em águas profundas ou ultraprofundas para evitar a formação de bioincrustação, e isso inclui um novo dispositivo compreendendo um reator que compreende superfícies de reator, sendo que as superfícies compreendem diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV). O dispositivo é projetado para evitar a formação de bioincrustação em um sistema submarino que compreende um fluido-alvo, sendo que o fluido-alvo flui passa através do dispositivo, sendo irradiado pela radiação ultravioleta emitida pelos LEDs de UV. A desinfecção da água do mar é uma maneira eficaz de controlar a bioincrustação, por exemplo, em membranas. Além da desinfecção direta por radiação UV de micro-organismos, o dispositivo pode incluir, também, meios para desoxigenação do fluido-alvo que passa através do dispositivo, por exemplo, para evitar corrosão e corrosão ácida de reservatórios. Para executar com sucesso a desoxigenação, o dispositivo pode, em uma modalidade, incluir também meios para o sequestro de oxigênio.

[0020] Uma unidade individual de LEDs de UV é fraca demais em termos de potência transmitida para ser utilizada isoladamente. Portanto, um conjunto contendo diversos LEDs de UV é, de preferência, montado no reator para alcançar a dosagem e a intensidade desejadas. O reator do dispositivo pode ter diferentes designs e configurações. Um requisito é que a radiação ultravioleta emitida pelos LEDs de UV seja transmitida através do fluido-alvo a ser tratado. De preferência, a unidade de reator constitui uma câmara, isto é, uma câmara de LEDs, projetada para tratar o fluido-alvo pelos raios ultravioleta emitidos pelos LEDs. Em uma modalidade, a câmara de LEDs é configurada com uma entrada e uma saída pelas quais o fluido-alvo passa através da câmara, isto é, entra pela entrada e sai pela saída da câmara. De preferência, os LEDs de UV fornecem iluminação multidirecional do fluido-alvo. A luz UV no sistema de fluido circulante o torna um ambiente inóspito para micro-organismos como bactérias, vírus, bolores e outros patógenos presentes no fluido a ser tratado, e, dessa forma, evita a formação de bioincrustação.

[0021] Em uma modalidade, o dispositivo da invenção é projetado para possibilitar tanto a destinados a desinfecção como o sequestro de oxigênio do fluido-alvo tratado pelo dispositivo. Para executar com sucesso o sequestro de oxigênio, o dispositivo compreende um filme nanocompósito que pode ser ativado por iluminação ultravioleta complementada por radiação emitida pelos LEDs de UVC do dispositivo. Em uma modalidade, o reator revelado tem ao menos uma superfície interna revestida com um filme nanocompósito, ativada por UV e iluminada por UV com o uso de LEDs. Por exemplo, o reator tem uma superfície interna revestida com um filme nanocompósito, como um filme nano cristalino de dióxido de titânio. A superfície é ativada por radiação UV, por exemplo, de 365 nm (UVA) e iluminada por UV de 255 nm (UVC) com o uso dos LEDs. Nessa modalidade, a invenção fornece um reator e um processo de múltiplos propósitos para simultaneamente executar o sequestro de oxigênio e a desinfecção de um fluido-alvo, como água do mar, usando um filme nanocompósito de dióxido de titânio ativado por iluminação ultravioleta complementada por radiação emitida pelos LEDs de UVC. A solução proposta é um processo/configuração único que executa simultaneamente a remoção de oxigênio e uma forte desinfecção. A invenção fornece, portanto, um dispositivo e um processo eficientes para executar simultaneamente o sequestro de oxigênio e a desinfecção eficaz acionados por luz em uma única unidade. Dessa forma, um objetivo desta invenção é simultaneamente evitar a corrosão e a formação de bioincrustação mediante a remoção de oxigênio e a inativação de micro- organismos com um sistema viável a ser aplicado, por exemplo, no leito oceânico e em plataformas de petróleo e unidades flutuantes de produção, armazenamento e transferência (FPSOs - "floating production, storage and offloading unit"). Um objetivo desta invenção é assegurar a operação normal, o desempenho e a durabilidade de equipamentos submarinos.

[0022] Nessa modalidade, a fotocatálise heterogênea complementada por radiação UVC é aplicada para a degradação de matéria orgânica, sequestro de oxigênio e desinfecção.

[0023] A iluminação com luz UV pelos LEDs de UV do dispositivo resulta na fotogeração de elétrons e pares de elétron-buraco na banda de condução e na banda de valência do TiO2, respectivamente. Uma consequência da atividade fotovoltaica é o consumo de oxigênio molecular. Os buracos fotogerados reagem com grupos hidroxila da superfície para gerar radicais hidroxila (TiOH•+) adsorvidos pela superfície que oxidam os poluentes até sua forma mineral. Os elétrons fotogerados reduzem o oxigênio absorvido para gerar íons de superóxido (O2•−), que são subsequentemente reduzidos a peróxido de hidrogênio (H2O2) e então a água. As espécies intermediárias produzidas agem como uma fonte adicional de radicais hidroxila (OH•). Os radicais OH podem eliminar uma ampla gama de micro- organismos; contudo, a quantidade na qual eles são gerados não é suficiente para produzir um grau suficiente de inativação em termos práticos para a maioria das aplicações reais. Como a iluminação com luz UV para a fotocatálise usa luz UVA com comprimento de onda de 365 nm, a desinfecção deveria ser reforçada e complementada por uma fonte emissora de UVC funcionando a 255 nm, um comprimento de onda que oferece o melhor desempenho e eficiência de desinfecção. Durante o processo de desinfecção, a energia da radiação UV passa através das paredes celulares dos micro-organismos (bactérias, vírus e esporos) e é absorvida por seus DNA e RNA, causando destruição irreversível. Consequentemente, o dispositivo simultaneamente elimina o oxigênio dissolvido e desinfecta eficazmente o fluido-alvo.

[0024] A superfície de TiO2 irradiada com a quantidade adequada de radiação UVA pode produzir espécies intermediárias como radicais OH, O3 e outros. Na maioria das aplicações práticas, como proteção por membranas para evitar o crescimento biológico em plataformas ou no trabalho submarino, é necessária uma inativação Log 4. Uma inativação Log 1 poderia permitir o crescimento de biofilme sobre a superfície fotocatalítica, causando seu bloqueio final. Na presente invenção, o dispositivo poderia alcançar Log 4 ou níveis mais altos de inativação de micro-organismos, juntamente com um sequestro teórico total de oxigênio, devido à presença dos LEDs de UVC, que atuam diretamente como desinfetantes mais eficazes, e usam um comprimento de onda de 255 nm.

[0025] Em uma modalidade da invenção, o reator do dispositivo tem um número otimizado de LEDs de UVC instalados. O reator é configurado de modo que água, ou outro fluido-alvo a ser tratado, passe através do reator, seja irradiada pelos LEDs de

UV e por fim desinfetada. O reator compreende superfícies, sendo que as superfícies compreendem diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV). As principais características do reator incluem a configuração, o tamanho, a intensidade da luz UV, o tempo de residência, a área superficial de catalisador e a capacidade do reator. O comprimento, o tamanho e a configuração do reator são diretamente proporcionais ao tempo de residência necessário para alcançar o nível desejado de desinfecção e a opcional remoção de oxigênio. Em uma modalidade, a configuração do reator do dispositivo é escolhida dentre o grupo que consiste em uma estrutura plana, uma estrutura em espiral, tubos espirais, tubos concêntricos, tubos triangulares e uma estrutura cilíndrica. As configurações em estruturas plana, espiral ou como tubos concêntricos podem representar um desafio difícil de superar, do ponto de vista mecânico e operacional. Dessa forma, um design preferencial é uma estrutura cilíndrica. Uma estrutura cilíndrica atende aos seguintes requisitos: Simplicidade mecânica mais fácil para integração e montagem em oleodutos existentes; Área de projeção reduzida; Baixa queda de pressão; Atribuição reduzida das características do fluido; A possibilidade de deposição de alguns materiais incrustantes ou de incrustação e se tal deposição sobre uma superfície é evitada ou minimizada; e As ações que facilitam a remoção eficiência e completa são menos complexas.

[0026] Em uma modalidade preferencial, o reator tem uma estrutura cilíndrica, isto é, é um cilindro, com um número otimizado de LEDs de UVC instalados. Em uma modalidade, o dispositivo tem um formato cilíndrico e é configurado de modo que água, ou outro fluido a ser tratado, passe através do cilindro. Por exemplo, o dispositivo tem uma superfície de reator cilíndrico onde os LEDs são montados nas paredes e irradiam luz em direção ao centro. Portanto, o cilindro é, de preferência, um cilindro reto. Nessa configuração, o fluido a ser tratado entra por uma primeira base e saí por uma segunda base, sendo que a parede lateral do reator se estendendo entre as duas bases compreende diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade. Tal dispositivo é mostrado nas Figuras 1 e 2, sendo que um dispositivo 1 compreende um reator cilíndrico 2 com paredes 4, com LEDs montados em paredes 6 irradiando o fluido que passa pelo dispositivo através de uma entrada 8 e sai através da saída 10.

[0027] Em uma modalidade, os LEDs de UV são instalados no lado externo do reator, como o lado externo do cilindro, isto é, no lado externo da parede lateral, juntamente com todos os circuitos de controle e de alimentação de energia, e com uma separação entre eles que maximiza a distribuição uniforme da intensidade da luz UV recebida pelos micro-organismos no fluido a ser tratado. A luz UV chega ao fluido que passa pela parte interna do reator, através de várias janelas na parede, que deixam passar a maior parte da luz emitida pelos LEDs de UVC. Dessa maneira, os LEDs não entram em contato direto com o fluido a ser tratado.

[0028] Alternativamente, ao menos uma porção dos LEDs pode ser integrada às paredes do reator, como nas paredes do cilindro. Nesse caso, os emissores de luz UV são encapsulados com um material que os isola e protege contra o colapso radial, como devido à pressão, e contra a degradação causada pela água do mar e quaisquer agentes externos presentes na água. Portanto, em uma modalidade, ao menos uma superfície do reator é feita de um material transparente para permitir a passagem da luz UV. Um benefício é que a solução permite a passagem de luz sem, ou com muito pouca, interferência. Além disso, o material de encapsulação deve ser resistente à degradação química causada pela luz ultravioleta, ou seja, ele não deve se tornar opaco com o passar do tempo. Os materiais considerados adequados para servir como camadas de encapsulação para os LEDs de UV isolados, independentemente da configuração escolhida para o reator, podem ser selecionados dentre o grupo não- limitador de quartzo, acrílico, silicones especiais, resina epóxi e adesivos. A camada de encapsulação poderia ser individual, isto é, para cada um dos LEDs de UV isolados, ou poderia ser um corpo de encapsulação integral, isto é, uma única peça protegendo todos os LEDs, por todo o comprimento do reator.

[0029] Em uma outra modalidade, o dispositivo tem uma configuração tubo-em- tubo, por exemplo, na qual um tubo conduz o fluido-alvo e o outro inclui os LEDs de UV. Essa configuração pode permitir uma passagem dupla do fluido. O dispositivo pode, portanto, compreender um tubo interno dentro do dispositivo do tanque externo, sendo que as superfícies da unidade de reator compreendem os LEDs de UV. Os LEDs podem ser dispostos sobre as superfícies do tubo interno ou sobre as paredes do tanque externo. O tanque interno e o tanque externo podem ter configurações diferentes. A seção transversal do tanque interno pode, por exemplo, ser quadrada, retangular, triangular ou circular, e é, de preferência, circular. Em uma configuração tubo-em-tubo, o tanque interno é, por exemplo, cilíndrico e os LEDs de UV são montados em paredes em ou sobre o tubo interno do reator, irradiando para fora o fluido-alvo que passa pelo tubo externo. Alternativamente, os LEDs de UV são instalados sobre, ou dentro, das paredes do tubo externo. As Figuras 3a e 3b mostram exemplos de dispositivos da invenção com uma configuração tubo-em-tubo. Na Figura 3a os LEDs 6 são colocados sobre a tampa lateral 7 e na Figura 3b os LEDs são colocados nas paredes do reator 4, ou nas paredes externas ou nas paredes internas, e opcionalmente também na tampa lateral 7. É sugerida, portanto, uma combinação de LEDs sobre a tampa lateral formando a base do tanque externo e sobre as paredes do cilindro. O fluido entra nos dispositivos por uma entrada 8, recebe irradiação dos LEDs 6 e então flui para fora da saída 10 do tanque interno 12.

[0030] Em uma outra modalidade, vários reatores são combinados em um único dispositivo. Por exemplo, várias unidades escaláveis, por exemplo como aquelas mostradas nas Figuras 3a e 3b, podem ser replicadas e acopladas em paralelo ou em série. Para processar capacidades maiores de fluxo, vários reatores podem ser combinados em paralelo, e o dispositivo pode incluir um cabeçote de distribuição e/ou um cabeçote de saída, e, portanto, incluir coletores, conforme mostrado na Figura 5. Nesse dispositivo, cinco reatores 2 estão dispostos em paralelo acoplados a um cabeçote de distribuição 14 e a um cabeçote de saída 16. Na Figura 5, os reatores incluem LEDs (não mostrados) conforme discutido anteriormente, por exemplo, dispostos ao redor das paredes do tubo. A Figura 6 mostra outro exemplo de um dispositivo da invenção incluindo vários reatores. No dispositivo da Figura 6, três reatores 2 são inseridos em um tanque externo 18, sendo que um fluido é recebido através de uma entrada 8, o fluido recebe radiação dos LEDs 6 e o tanque tem uma saída 10. Nesse dispositivo, o tanque 18 é cilíndrico, mas poderia também ter qualquer outro formato, como, por exemplo, quadrado. Além disso, nessa configuração, o fluido passará pelos LEDs uma vez, sem uma direção do fluxo específica. A Figura 7 mostra outro exemplo de um dispositivo da invenção incluindo vários reatores. No dispositivo da Figura 7, três reatores retangulares 2 são inseridos em um tanque externo 18, sendo que um fluido é recebido através de uma entrada 8, o fluido recebe radiação dos LEDs 6 e o tanque tem uma saída 10. Nesse dispositivo, o tanque 18 é principalmente quadrado, e inclui paredes internas 20 que possibilitam uma direção de fluxo específica.

[0031] Na modalidade na qual o dispositivo é também configurado para possibilitar a desoxigenação, o dispositivo compreende superfícies internas revestidas com um filme nanocompósito. Configurações diferentes podem ser usadas para assegurar que o revestimento seja irradiado pelos LEDs de UV da unidade de reator. As superfícies internas revestidas são escolhidas do grupo que compreende esferas, discos, paredes e barras. As configurações abaixo são sugeridas: Dispositivo cilíndrico preenchido com esferas revestidas com um filme nanocompósito; Dispositivo cilíndrico compreendendo discos circulares revestidos com um filme nanocompósito; Dispositivo cilíndrico com uma parede interna do cilindro revestida com um filme nanocompósito; Dispositivo cilíndrico com barras revestidas com um filme nanocompósito; Dispositivo cilíndrico com placas retangulares revestidas com um filme nanocompósito;

Dispositivo retangular com esferas revestidas com um filme nanocompósito.

[0032] Adicionalmente, os mesmos conceitos poderiam ser aplicados a outras formas geométricas. Em todas as configurações sugeridas nessa modalidade, o fluido-alvo flui através do dispositivo e é simultaneamente desoxigenado e desinfectado, sem a necessidade de usar produtos químicos, tanques de armazenamento, colunas volumosas, ou outros equipamentos. Portanto, os dispositivos mostrados nas figuras poderiam incluir superfícies internas revestidas com um filme nanocompósito. O dispositivo deve ter uma área superficial adequada de transferência interna para que as reações de remoção de oxigênio e desinfecção pelos radicais hidroxila possam ocorrer. A área da superfície revestida com o filme nanocompósito é proporcional à concentração de oxigênio na água do mar. De modo similar, a intensidade de luz UVA necessária para ativar a superfície catalítica, isto é, a superfície revestida com o filme nanocompósito, também é proporcional à área superficial ativa.

[0033] Além disso, em uma outra modalidade, o dispositivo da invenção pode também ter superfícies compreendendo um revestimento de prevenção de incrustação.

[0034] As principais vantagens indicadas a seguir estão associadas ao dispositivo de LEDs de UV da invenção:

1. Maior vida útil do dispositivo em comparação com lâmpada convencionais

2. Inexistência de partes giratórias ou móveis

3. Desnecessário o uso de produtos químicos e sem fluxo de descarte de produtos químicos (impacto e risco ambientais muito baixos)

4. Pequena área ocupada

5. Alta disponibilidade

6. Considerável economia de energia em comparação com unidades de desinfecção que usam lâmpada convencionais.

7. Robustez sob pressão

8. Redução de custos resultante da baixa frequência de manutenção

[0035] O reator do dispositivo compreende diodos emissores de luz de alta intensidade que emitem radiação ultravioleta (UV), com comprimentos de onda na faixa de 10 nm a 400 nm. Com mais preferência, o dispositivo usa um comprimento de onda na faixa de 200 a 320 nm, como de luz ultravioleta de comprimento de onda curto (UVC), também chamada de radiação ultravioleta germicida (UVGI) com um comprimento de onda na faixa de 100 a 280 nm. Com a máxima preferência, o dispositivo de LEDs de UV da invenção usa a faixa de radiação UV germicida (UVC) mais eficaz, ou seja, de 250 nm a 270 nm, comprimento de onda de pico de 254 nm. A radiação ultravioleta germicida (UVGI) elimina ou torna inativos micro- organismos destruindo seus ácidos nucleicos e rompendo seu DNA. Em uma modalidade, para executar com sucesso a desinfecção e a desoxigenação, o dispositivo pode fornecer uma combinação de radiações UVA e UVC emitidas pelos LEDs para gerar um forte sequestro de O2 e efeito de desinfecção. Como resultado, o dispositivo pode incluir LEDs de UV que emitem radiação em comprimentos de onda diferentes, por exemplo, como diferentes conjuntos de LEDs de UV operando em diferentes comprimentos de onda, como, por exemplo, cerca de 255 nm (para desinfecção) e 365 nm para ativação do filme compósito.

[0036] Embora haja uma preocupação quanto à dissipação de calor para uso de LEDs de UV à temperatura ambiente, é possível que o uso em ambientes submarinos, onde a temperatura do mar pode ser tão baixa quanto 4°C, possa eficazmente resfriar o sistema. Dessa forma, a dissipação de calor e a refrigeração não são um problema, uma vez que todo o dispositivo estará imerso na água do mar a 4°C. Consequentemente, o dispositivo da invenção é, de preferência, configurado com uma alta resistência a baixas temperaturas.

[0037] O reator compreende diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV) incluídos nas superfícies do reator, como em uma das paredes. Eles asseguram que o fluido sendo conduzido no sistema receba uma dosagem otimizada de radiação UVC por iluminação multidirecional. Uma pluralidade de LEDs de UV é organizada sobre as superfícies do reator, de preferência uniformemente distribuídos, por exemplo, em um certo padrão ou como uma grade. De preferência, os LEDs são distribuídos simetricamente para garantir uma intensidade uniforme. Em uma modalidade, particularmente para um dispositivo cilíndrico, constatou-se ser viável uma configuração que usa 48 LEDs de UVC de 6 mW cada um, dispostos sobre a superfície interna reflexiva ou não reflexiva de um reator cilíndrico. Além disso, essa configuração, consistente com os resultados da simulação, permite obter até 99,99 % de inativação das células com um tempo de residência menor que dois segundos. Portanto, em uma modalidade, o reator inclui de 30 a 80 LEDs de UV, como de 40 a 60 LEDs de UV. O número de LEDs de UV a serem incluídos depende ao menos da potência total necessária, da maneira como os diodos estão distribuídos e se todos os LEDs devem ser utilizados ao mesmo tempo, e também se um material reflexivo é ou não utilizado.

[0038] Embora a opacidade da camada de encapsulação seja uma preocupação, a degradação/interferência sobre a irradiação também podem ser causadas pelo acúmulo de sujeira (sais, sólidos em suspensão, ou outros) sobre as paredes do dispositivo. Uma forma de detectar possível incrustação é através da medição da queda de pressão entre a entrada e a saída do reator. Para um acúmulo progressivo de sais, por exemplo, um sensor pode ser colocado no reator para a detecção precoce de depósitos de sais, o qual poderia disparar os mecanismos do sistema de autolimpeza. Tais meios de limpeza podem incluir a purga periódica com água do mar a uma alta vazão, permeado de ultrafiltração, permeado e concentrado de nanofiltração, ou um fluxo ácido ou básico gerado por outros dispositivos eletroquímicos. Uma purga com um concentrado de nanofiltração pode também produzir choque osmótico e poderia ajudar a eliminar qualquer biofilme formado. Portanto, em uma modalidade, o dispositivo compreende adicionalmente quaisquer meios de medição de pressão, sensores para a detecção de depósitos e meios de autolimpeza. Adicionalmente, em uma modalidade, o dispositivo inclui um sistema de detecção de radiação UV para avaliar o desempenho geral do sistema.

[0039] Espera-se que a durabilidade dos LEDs seja significativamente maior do que a de lâmpadas convencionais.

Além disso, outras possibilidades de estender a vida útil dos equipamentos, aplicáveis à solução revelada seriam projetar o dispositivo com redundância de unidades de LEDs de UV.

Nem todas seriam utilizadas ao mesmo tempo, mas seriam, em vez disso, operadas alternadamente, e em caso de falha de uma unidade, haveria unidades de reserva a serem ativadas.

Isso seria mais simples do que projetar módulos de lâmpadas para serem substituídos por veículos submarinos operados remotamente (ROV - "remotely operated vehicles"), com toda a complexidade associada.

Para obter a redundância necessária, a câmara de LEDs pode ter os LEDs agrupados em dois ou mais canais que podem ser controlados e alimentados individualmente.

Cada canal poderia ter seus próprios sensores, como um recurso de detecção para informar que o canal correspondente está iluminado ou funcionando adequadamente.

Os recursos de detecção incluem fotodiodos ou outros dispositivos eletrônicos fotossensíveis para o comprimento de onda desejado.

Esse tipo de sensor pode detectar a perda de luz devido a problemas com os LEDs, ou o bloqueio da trajetória de luz devido à formação de escamas, por exemplo.

Outros possíveis recursos de detecção executam medições de corrente para cada canal, e assim fornecem uma indicação indireta dos problemas encontrados com os LEDs.

Em uma modalidade, a disposição de LEDs individuai é tal que os canais são entrelaçados uns com os outros.

Isso permite que, no caso de um canal precisar ser desligado enquanto os outros são mantidos ligados, a mesma quantidade de potência de iluminação é fornecida para o mesmo volume, e as trajetórias de luz e a geometria também permanecem iguais.

Para uma superfície de reator cilíndrico, conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, onde os LEDs são montados em paredes e irradiam em direção ao centro, a disposição pode ser com dois ou três canais, conforme mostrado nas Figuras 4a e 4b.

Portanto, os LEDs podem ser dispostos em 2, 3 ou mais conjuntos de canais estendendo-se em paralelo na parede lateral, da entrada para a saída, sendo que cada canal tem um certo número de LEDs. No caso em que os LEDs são dispostos em uma grade plana, eles podem ser dispostos em 2 ou 3 canais. Dentro de um canal, pode ser colocado um único LED ou um grupo de LEDs, dependendo da potência total desejada irradiada por unidade de área. A tolerância a falhas de todo o sistema é melhorada com o número crescente de canais. Com a perda de canais devido ao desgaste ou perda de elementos emissores de luz, outros canais podem ser ativados, eliminando a necessidade de intervenção para a troca de módulos ou a remoção de todo o dispositivo.

[0040] Para o dispositivo da invenção, a velocidade mínima de fluxo através do reator é cerca de 1 m/s, como pelo menos 2 m/s. Isso é para evitar a deposição de sais na superfície interna da unidade. A desinfecção por LEDs de UV poderia ser executada a uma alta velocidade de fluxo sem afetar a eficiência. Alternativamente, o mecanismo de autolimpeza também seria uma opção. Como é projetado para encaixe em tubos padronizados para conduzir a água ou o fluido-alvo, de preferência o dispositivo tem dimensões que correspondem às dimensões dos tubos padronizados. Em uma modalidade, em que o reator tem uma estrutura cilíndrica, o diâmetro pode ser de 1 a 100 centímetros, como de 10 a 80 centímetros, e, por exemplo, de cerca de 30 centímetros. Em equipamentos de testes de pequena escala (protótipos), o tamanho pode ser menor, por exemplo, com um diâmetro de 2 a 8 centímetros. No protótipo exemplificador, o diâmetro do reator cilíndrico é de 5,56 centímetros.

[0041] É feita referência ao Exemplo 1, onde foi analisada a desinfecção de 0,072 m3/h de água do mar. Com base no diâmetro do reator cilíndrico definido como sendo de 5,56 cm e conhecendo-se a concentração de micro-organismos na água do mar, foi calculada a quantidade e a potência dos LEDs de UVC necessários. A partir dessa análise e cálculos, descobriu-se que: O protótipo de reator pode ter um volume de 0,5 a 4,0 cm3, como cerca de 2,0 cm3. Com um diâmetro de 5,56 cm e um comprimento de 8,0 cm, o volume é de 1,94 cm3. Em equipamentos de grande escala, em um dispositivo cilíndrico com um diâmetro maior, o volume também será maior.

[0042] Conforme mostrado na primeira parte do Exemplo 1, a intensidade da radiação UV necessária com um efeito germicida real medida com o uso de um radiômetro foi de 15,5 W/m2. Além disso, como a radiação UV germicida é do tipo UVC e a eficiência dessa comparação foi de apenas 8,69%, constatou-se, portanto, que a dosagem líquida ou eficaz para alcançar 99,99% de desinfecção era de 136,5 J/m2. Em uma modalidade, o dispositivo emite uma dosagem de radiação de 50 a 300 J/m2, com mais preferência, de 100 a 200 J/m2 e com a máxima preferência em torno de 140 J/m2. Com base nas dimensões dadas acima, e a intensidade da radiação UV necessária, a potência total necessária é de cerca de 217 mW. O cálculo é mostrado no Exemplo 1. Em uma modalidade, o dispositivo é dimensionado para fornecer uma potência total dos LEDs de UV de ao menos 100 mW, como de ao menos 200 mW, como de ao menos 200 a 500 mW. Por exemplo, com uma eficiência de 75,5% e potência de 6 mW cada um, a potência total e o número de LEDs de UV necessários são, respectivamente, 288 mW e 48 unidades.

[0043] O dispositivo da invenção é projetado para uso submarino e, portanto, precisa suportar as altas pressões em profundidades de, por exemplo, 3000 metros (ou seja, de 300 bars). O desafio em termos de compensação de pressão é essencialmente estrutural. Deve-se considerar uma compensação de modo que um diferencial de pressão de 300 bars exercida do lado externo sobre o lado interno não colapse o dispositivo. Para um dispositivo com um reator cilíndrico, o desafio é proteger a estrutura contra o colapso radial e ao mesmo tempo garantir passagem para a radiação UV. Tal proteção poderia ser alcançada com materiais transparentes, com alta resistência mecânica à pressão, e resistência química à degradação causada por luz UV. Nesta invenção, são consideradas várias opções aplicáveis para tais materiais, incluindo, mas não se limitando a, quartzo, acrílico, silicone, resina epóxi e adesivos, entre outros. Embora a resistência da camada de encapsulação seja diretamente proporcional à espessura, a intensidade da luz é inversamente proporcional, visto que a camada funciona como um filtro. Conforme mencionado anteriormente, essa camada de encapsulação poderia ser individual

(para cada um dos LEDs de UV isolados), ou um corpo de encapsulação integral (uma única peça protegendo todos os LEDs) por todo o comprimento da unidade. A estrutura plana é possível no caso de lâmpadas de LED. Nesse caso, a camada de encapsulação com qualquer um dos materiais mencionados anteriormente também é considerada, com os mesmos desafios impostos com as estruturas cilíndricas. A espessura aumenta proporcionalmente à área coberta.

[0044] Além disso, como o reator deve ter alta resistência mecânica à pressão, e resistência química à degradação, descobriu-se que um material reflexivo utilizado na parede do reator pode aumentar significativamente a dosagem de UV para o mesmo número de LEDs. Por exemplo, descobriu-se que ao mudar de um material não-reflexivo para um material reflexivo, a intensidade da luz UV pode aumentar em um fator de cerca de 3. Por exemplo, com o uso do dispositivo de LEDs de UVC da invenção, a dosagem, por exemplo, de cerca de 140 J/m2, a inativação de células- alvo é obtida em 1,95 s e 0,62 s de tempo de residência respectivamente sem ou com material reflexivo. Portanto, se for utilizado um material reflexivo no lado interno das paredes do reator, a velocidade de fluxo pode ser aumentada. Em uma modalidade, ao menos partes das paredes internas do reator compreendem um material reflexivo. Por exemplo, as paredes internas podem ter um material de superfície reflexiva. O material reflexivo é, por exemplo, selecionado do grupo que contém quaisquer materiais reflexivos resistentes à água do mar, e esses podem incluir, por exemplo, poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), polietileno propileno (PP), polietileno (PE) e outros. Dessa forma, conforme mostrado acima, a distribuição otimizada das fontes de LEDs combinada com um material reflexivo aumenta a eficiência da dosagem e da desinfecção para o mesmo tamanho de reator e, portanto, reduz sensivelmente o tempo de residência.

[0045] O dispositivo revelado pode ser inserido em e/ou acoplado a um tubo, ou outra parte dos equipamentos de um sistema, que conduz o fluido-alvo, como, por exemplo, através de um flange ou outro mecanismo, para executar sua função como uma seção ou extensão do próprio tubo. Em outras modalidades, outras disposições ou configurações incluindo o dispositivo são possíveis. O dispositivo pode ser incluído em sistemas que compreendem membranas, filtros e sistemas de tubulação interna, instrumentação ou equipamentos associados a qualquer um desses itens. O dispositivo pode ser usado para proteger, por exemplo, qualquer processo submarino de separação por membrana que envolve qualquer pré- tratamento, microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF), osmose reversa (OR), troca iônica (TI) ou resina em diferentes locais. Adicionalmente, o dispositivo pode ser usado com equipamentos instalados sobre plataformas ou sob a água, no leito oceânico ou próximo à superfície, e com métodos associados de tratamento da água do mar para injeção de água em campos de petróleo. O objetivo principal é evitar a formação de bioincrustação e a deposição de matéria orgânica/incrustação em quaisquer partes do sistema.

[0046] Além disso, o dispositivo de desinfecção por LEDs de UV revelado poderia ocupar, por exemplo, posições ou locais diferentes em um sistema de tratamento submarino, dependendo das necessidades específicas do processo e dos equipamentos envolvidos. Tal sistema poderia, por exemplo, ser projetado para remoção de sulfatos para injeção de água, injeção de água de baixa salinidade, separação de óleo e água ou separação de gás. Tal sistema poderia incluir um ou vários dos dispositivos da invenção, como de 1 a 5, ou de 1 a 3 dispositivos de LEDs de UV. Portanto, o dispositivo é configurado para se acoplar ou incluir meios para integração ou acoplamento com outros equipamentos. Com isso, o dispositivo da invenção pode ser combinado com equipamentos e componentes para processos de separação, incluindo, por exemplo, módulos de membranas e bombas, por exemplo, incluindo componentes para filtro grosso (FG) submarino, elemento filtrante (EF), microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF), osmose reversa (OR), troca iônica (TI), eletrodiálise, separação de gás ou desempilhamento ("de-piling").

[0047] Além da viabilidade da eficácia de desinfecção dos LEDs de UVC para água do mar, a turvação da água do mar tem uma influência sobre o nível final de inativação de células. A turvação é muito maior para água não-filtrada do que para água filtrada, e descobriu-se que a turvação reduz sensivelmente a eficiência da desinfecção por UV. Consequentemente, o dispositivo é, de preferência, combinado com um pré-filtro para fornecer uma etapa de pré-tratamento e assegurar eficiência plena. Portanto, o dispositivo de LEDs de UVC é, de preferência, posicionado após uma unidade de pré-filtro.

[0048] Em uma modalidade, ao menos um dispositivo de LEDs de UV é incluído em um sistema que compreende as unidades listadas nos diferentes sistemas abaixo, sendo que os dispositivos de LEDs de UV podem ser incluídos em quaisquer posições:

1. Filtro de pré-tratamento; membrana de ultrafiltração; membrana de nanofiltração

2. Membrana de microfiltração; membrana de ultrafiltração; osmose reversa

3. Membrana de microfiltração; membrana de ultrafiltração; eletrodiálise

4. Filtro de pré-tratamento; membrana de separação de gás

5. Membrana de microfiltração; membrana de desempilhamento ("de- piling")

[0049] De preferência, os sistemas 1 a 3 acima são usados para tratamento da água do mar, enquanto o sistema 4 destina-se ao uso para tratamento de gás e o sistema 5 para tratamento de uma mistura de óleo e água. Em uma modalidade, o sistema inclui um dispositivo de LEDs de UV posicionado antes de um equipamento que inclui uma membrana para filtração, possibilitando uma forma de estender a vida útil da membrana.

[0050] Em um outro aspecto, a invenção fornece um processo para operação submarina de um fluido-alvo em um sistema, sendo que o método compreende uma etapa na qual radiação ultravioleta de alta intensidade emitida pelos LEDs de UV é transmitida através do fluido-alvo a ser tratado para evitar a formação de bioincrustação em quaisquer partes do sistema. No processo, é utilizado um dispositivo conforme revelado no primeiro aspecto aqui apresentado. As modalidades e características descritas no contexto do primeiro aspecto da presente revelação também se aplicam a este segundo aspecto. Em uma modalidade, o processo fornece iluminação multidirecional do fluido-alvo. De preferência, a radiação UV é do tipo UVC e fornece uma dosagem eficaz para alcançar ao menos 70% de desinfecção, como ao menos 80 %, de preferência, ao menos 90%, e até mesmo 99% de desinfecção, como 99,99% de desinfecção. Em uma modalidade, o processo é parte de um processo de separação. Adicionalmente, em uma modalidade, o processo fornece uma etapa de desinfecção e uma etapa de sequestro de oxigênio executadas pelo dispositivo do primeiro aspecto, sendo que o dispositivo compreende superfícies internas revestidas com um filme nanocompósito ativável por radiação UV, e sendo que, de preferência, as etapas ocorrem simultaneamente.

Exemplos

[0051] A presente revelação pode ser adicionalmente descrita com base nos seguintes exemplos não-limitadores.

Exemplo 1: Cálculo da potência necessária fornecida pelos LEDs de UV para desinfecção da água do mar

[0052] O cálculo de quantidade e potência necessárias dos LEDs de UVC é baseado um experimento de desinfecção de água do mar realizado com o uso de uma unidade convencional de desinfecção por UV de 15 Watts e uma vazão de 0,50 m3/h de água do mar obtida na Baía de Guanabara, Rio de Janeiro. A Tabela 1 detalha os principais resultados de desinfecção e características de água do mar obtida na Baía de Guanabara.

Tabela 1: Vazão (m3/h) Condutividade Turvação Total de bactérias Log de Tempo de Intensidade (mS/cm) (NTU) aeróbicas inativação residência (W/m2) (UFC/ml) (s) Fluxo de 46,63 6,1 3,88E+05 - alimentação (água do mar) 0,498 43,53 2 6 4,81 8,81 178,317

0,517 43,53 2,1 2 5,29 8,47 0,508 45,3 2,2 3 5,11 8,63 0,482 45,3 2,2 3 5,11 9,08 0,419 47,11 2,6 0 Inativação 10,45 completa 0,394 47,11 2,6 0 Inativação 11,12 completa 0,182 47,33 2 1 5,59 24,02 0,185 47,33 2 0 Inativação 23,69 completa 0,072 47,8 2,1 0 Inativação 61,20 completa 0,074 47,25 2,1 0 Inativação 59,07 completa

[0053] De acordo com esse experimento, com o uso de lâmpadas UV convencionais, em todo o espectro de radiação UV (UVA+UVB+UVC etc.), a intensidade total a uma vazão de 0,5 m3/h foi de 178,32 W/m2, o tempo de residência foi de 8,8 s, e a dosagem total para se obter Log 4,8 (+99,998%) de inativação de células foi de 1569 J/m2; entretanto, quando a intensidade da radiação UVC, que é do tipo que tem um efeito germicida real, foi medida com o uso de um radiômetro, o resultado foi de apenas 15,5 W/m2.

[0054] Como resultado, a intensidade útil da radiação UV foi de 15,5 W/m2, e consequentemente a eficiência foi de apenas 8,69%. Além disso, como a radiação UV germicida é do tipo UVC e a eficiência foi de apenas 8,69%. Constatou-se, dessa forma, que a dosagem líquida ou eficaz era de apenas 136,5 J/m2.

[0055] Em seguida, para o caso de 0,072 m3/h de água do mar, com as equações: D = I × t (1) I = P/A (2) A =πrh (3) V= πr2h (4) Onde,

D = dosagem para a inativação de um número desejado de micro- organismos em J/m2 I = intensidade de luz UVC em W/m2 t = tempo de residência em segundos P = potência total em Watts que é necessária h = comprimento útil do reator A = área de contato em m2 r = raio interno do reator em metros V = volume do reator em m3

[0056] Foi constatado que: O volume necessário do reator é de 1,94 x 10-4 m3, e daí tem-se que h = 0,08 m.

[0057] Além disso, A = 0,014 m2 e com I = P/A, foi constatado que a potência total necessária é de cerca de 217 mW. Considerando-se o uso de LEDs de UVC, com uma eficiência de 75,5% e 6 mW de potência cada um, a potência total e o número de LEDs de UVC necessários são, respectivamente, 288 mW e 48 unidades.

Exemplo 2: Teste de baterias de fluxo de LEDs de UVC

[0058] Foram realizados testes experimentais iniciais com o uso de uma bateria de fluxo de LEDs de UVC. Os testes foram conduzidos em um reator de LEDs de UVC baseado em um design simples, conforme revelado no Exemplo 1 sem distribuição otimizada das fontes de luz dos LEDs. Os resultados indicaram um efeito de desinfecção muito bom de micro-organismos, e são, portanto, prova da viabilidade técnica do conceito revelado. Os resultados demonstraram também que há espaço para melhorias de design, e indicaram que o número de unidades de LEDs poderia ser minimizado e também como reduzir o tempo de residência. Além de mostrar a viabilidade da eficácia de efeito de desinfecção por LEDs de UVC para água do mar, os resultados mostram a importância e a influência da turvação da água do mar sobre o nível final de inativação de células. Para a água do mar filtrada (com o uso de um pré-filtro de 80 µm), a turvação ficou abaixo de 1 NTU (unidade nefelométrica de turvação), e a inativação de células ficou em torno de 99,99% (Log 4), em comparação com a inativação de 90% obtida com água não-filtrada (5 NTU). Portanto, definitivamente, o aumento na turvação reduz sensivelmente a eficiência da desinfecção por UV. Em qualquer caso, porém, as reduções para os testes realizados a uma turvação maior que 4 NTU ficavam sempre próximas de 90%, ou seja, Log 1. O resultado mostra que o sistema de desinfecção se beneficia de um pré-filtro para assegurar sua eficiência plena, e, desse modo, a unidade de LEDs de UVC deve, de preferência, ser posicionada após uma unidade de filtro.

[0059] Para a água do mar filtrada, e, portanto, com baixa turvação, foi obtida uma eficiência de mais de 99,99% com tempo de residência entre 5,3 s e 3,1 s. Mesmo para vazões mais altas, isto é, tempo de residência menor que de 3 s, foi obtida uma inativação de células de 99,95%.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para evitar a formação de bioincrustação em um sistema submarino compreendendo um fluido-alvo, o dispositivo caracterizado por compreender um reator que compreende superfícies de reator, sendo que as superfícies compreendem diodos emissores de luz ultravioleta de alta intensidade (LEDs de UV).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um conjunto de vários LEDs de UV ser montado nas superfícies de reator e os LEDs de UV serem configurados para transmitir radiação através do fluido-alvo para desinfecção do fluido-alvo.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a configuração do reator ser escolhida dentre o grupo que consistem em uma estrutura plana, uma estrutura em espiral, tubos espirais, tubos concêntricos, tubos triangulares e uma estrutura cilíndrica, e ser, de preferência, uma estrutura cilíndrica.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o reator constituir uma câmara de LEDs com uma entrada e uma saída, sendo que o fluido-alvo passa através da câmara e é tratado pelos raios ultravioleta.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por ao menos uma superfície compreender material transparente para permitir a passagem de luz UV.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por ao menos uma superfície de reator compreender um revestimento de prevenção de incrustação.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo ter uma configuração tubo-em-tubo.

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por compreender adicionalmente superfícies internas revestidas com um filme nanocompósito para possibilitar a desoxigenação.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o filme nanocompósito compreender dióxido de titânio.

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por os LEDs de UV serem agrupados em dois ou mais canais que podem ser controlados e alimentados individualmente.

11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por o dispositivo compreender adicionalmente quaisquer meios de medição de pressão, sensores para a detecção de depósitos e meios de autolimpeza e um sistema de detecção de radiação UV para avaliar o desempenho geral do sistema.

12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por o dispositivo ser inserido em ou acoplado a um tubo, ou outra parte, de um sistema que conduz o fluido-alvo, para executar sua função no fluido-alvo para evitar bioincrustação no sistema.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender meios para se acoplar a ou integrar equipamentos e componentes para processos de separação como microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF), osmose reversa (OR), troca iônica (TI), eletrodiálise, separação de gás ou desempilhamento ("de-piling").

14. Processo para operação submarina de um fluido-alvo, caracterizado por compreender uma etapa na qual o fluido-alvo passa através de um dispositivo conforme definido nas reivindicações 1 a 13, sendo que a radiação ultravioleta de alta intensidade emitida pelos LEDs de UV é transmitida através do fluido-alvo para evitar a formação de bioincrustação em quaisquer partes de um sistema que inclui o dito dispositivo.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender uma etapa de desinfecção e desoxigenação simultâneas.