BR112021006765A2

BR112021006765A2 - reator de cavitação e método de manufatura de um reator de cavitação

Info

Publication number: BR112021006765A2
Application number: BR112021006765-5A
Authority: BR
Inventors: Marco SOLDO
Original assignee: Three Es S.R.L.
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2021-07-13
Also published as: IT201800009329A1; EP3863759A1; IL282022B; AU2019357150A1; MX2021004124A; PT3863759T; DK3863759T3; CA3115791A1; ZA202103112B; ES2954590T3; WO2020075039A1; CN112823055A; US11491450B2; US20210354098A1; FI3863759T3; EA202190982A1; PL3863759T3; EP3863759B1; PH12021550783A1; SG11202103431XA

Abstract

REATOR DE CAVITAÇÃO E MÉTODO DE MANUFATURA DE UM REATOR DE CAVITAÇÃO. A presente invenção se refere a um reator de cavitação (1) que pode ser obtido a partir de uma bomba centrífuga. O reator compreende um estator (2) e um rotor (3) com pelo menos um estágio centrífugo (4) acomodado em uma câmara (21) do estator (2). Duas paredes (41, 42) do estágio centrífugo (4) definem uma folga (43) entre as mesmas, que é dividida em compartimentos (47) em comunicação fluida com a câmara (21) do estator (2) na parte periférica (46) do estágio centrífugo (4). A parede (41) do estágio centrífugo (4) que fica próxima da abertura de admissão (25) da câmara (21) do estator (2) é fechada na parte central (45) do estágio centrífugo (4), para, desse modo, impedir o fluxo de fluido da abertura de admissão (25) até a parte periférica (46) do estágio centrífugo (4) através da folga (43).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “REATOR DE CAVITAÇÃO E MÉTODO DE MANUFATURA DE UM REATOR DE CAVITAÇÃO”

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção encontra aplicação no campo de reatores de cavitação, que usam a cavitação para processar fluidos, incluindo, por exemplo, misturas de líquidos, misturas de líquidos e sólidos ou líquidos e gases, para melhorar a homogeneidade dos fluidos que fluem para fora do reator, ou para reduzir o tamanho das partículas sólidas ou das bolhas de gás dispersas em um líquido. Em particular, a invenção se refere a um reator de cavitação efetivo que tem uma construção simplificada e a um método de manufatura de tal reator.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] A cavitação ocorre quando um fluido que flui em um duto passa por significativas mudanças de pressão, por exemplo, devido às repentinas mudanças na velocidade ou na direção do fluido. Nos locais de mínima pressão do duto, a pressão do vapor de equilíbrio do fluido pode exceder a pressão interna do fluido, desse modo, levando à formação de bolhas de vapor, especialmente nas áreas em que o líquido é exposto a altas forças de tração. Quando a pressão do fluido aumentar novamente, por exemplo, em virtude de o fluido passar além do ponto de mínima pressão à medida que o mesmo entra em uma bomba, as bolhas implodem, desse modo, gerando calor e ondas de choque hidrodinâmico ultrassônico, que, provavelmente, devem causar significativo dano em partes da bomba.

[003] Neste caso, a cavitação tem um efeito destrutivo e, portanto, as bombas e os sistemas hidráulicos são comumente desenhados para evitar a formação de bolhas, pela manutenção da pressão do fluido sempre acima de um valor limite e evitando as repentinas mudanças de pressão que expõem fluido a tensões direcionadas para áreas de pressão mais alta.

[004] Em outros contextos, a cavitação pode ser controlada para usar as ondas de choque e o calor gerado desse modo em um fluido a ser processado, sem causar dano ao equipamento no qual a mesma ocorre. Certos exemplos de aplicações usadas de cavitação controlada incluem mistura, homogeneização, aquecimento, pasteurização, flutuação, emulsão, extração, reação e redução de particulado ou molecular, para fluidos, tais como misturas de líquidos diferentes, misturas de líquidos e partículas sólidas, ou misturas de líquidos e gases. A fim de evitar o dano ao equipamento, a cavitação deve ocorrer longe das partes do equipamento, no seio do fluido.

[005] Um exemplo de cavitador, ou reator de cavitação, é revelado no pedido de patente EP 3278868, pelo Requerente do mesmo. Este reator compreende um estator e um rotor, o último sendo alojado em uma cavidade cilíndrica do estator. O fluido é introduzido na cavidade, é acionado pelo movimento rotativo do rotor, flui ao redor do mesmo e é ejetado para fora da cavidade. O rotor tem uma forma frustocônica e sua superfície lateral tem furos cegos formados na mesma, que contribuem para a formação e a implosão das bolhas.

[006] Outros reatores de cavitação da tecnologia anterior incluem rotores cilíndricos, que também têm furos cegos em sua superfície lateral. Os exemplos de tais reatores são revelados em US 7.354.227, US 2009184056 e DE 2016182903.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Um objetivo da presente invenção é prover um reator de cavitação que tem uma construção simplificada, desse modo, permitindo uma redução dos custos de manufatura. Um objetivo adicional da invenção é prover um reator de cavitação que tem alta eficiência.

[008] Estes e ainda outros objetivos são alcançados por um reator de cavitação e um método de manufatura de um reator de cavitação definidos em qualquer uma das reivindicações anexas. Em particular, o requerente verificou que, surpreendentemente, uma conhecida bomba centrífuga com impulsor fechado pode ser modificada em um baixo custo para obter um reator de cavitação que pode ser empregado de forma útil sem causar dano significativo na bomba/no reator, ou até mesmo sem causar absolutamente nenhum dano nos mesmos.

[009] O reator de cavitação da invenção, como uma bomba centrífuga,

compreende um estator e um rotor, com um estágio centrífugo acomodado em uma câmara no interior do estator. O fluido pode entrar e sair da câmara através da primeira e da segunda aberturas do estator. Em particular, a primeira abertura forma um guia para o fluxo longitudinal do fluido, como as aberturas de admissão de fluido das bombas conhecidas. O estágio centrífugo compreende duas paredes arranjadas transversais à direção do eixo geométrico de rotação do rotor. Uma folga é formada entre as duas paredes, e é dividida em compartimentos por partições circunferencialmente espaçadas, consistindo, por exemplo, nas pás de uma bomba centrífuga. A folga fica em comunicação fluida com a câmara do estator, externa ao estágio centrífugo, em uma parte periférica do estágio centrífugo.

[010] Em bombas centrífugas da tecnologia anterior, sabe-se que o fluido flui através da folga, depois de entrar na mesma através de uma abertura localizada centralmente em uma das duas paredes que delimitam a folga, em particular, a parede que fica mais perto da primeira abertura, através da qual o fluido é desenhado para entrar, e, então, para sair da folga na parte periférica do estágio centrífugo. Diferente da tecnologia anterior, de acordo com a invenção, esta parede é fechada em sua parte central.

[011] Portanto, embora fluido esteja de qualquer modo presente na folga, o mesmo não é forçado a entrar na folga para fluir entre a primeira abertura e a segunda abertura do estator, mas pode fluir, por exemplo, ao redor do estágio centrífugo.

[012] Vantajosamente, uma pressão diferencial é obtida entre o fluido fora da folga, que tem uma velocidade de fluxo no estator já que o mesmo é rotativamente acionado pelo estágio centrífugo, e o fluido no interior da folga, que fica estático em relação ao estágio centrífugo que contém o mesmo. Portanto, o fluido é exposto a uma tensão que causa a cavitação desejada. O Requerente também verificou que a cavitação tende a concentrar no espaço entre duas partições, distante das mesmas, onde o fluido tem uma fricção mais baixa, desse modo, evitando o dano ao estágio centrífugo.

[013] Em uma modalidade preferida, os compartimentos da folga comunicam uns com os outros na parte central do estágio centrífugo. Portanto, o fluido nesta região é exposto às forças de tração opostas direcionadas para fora do estágio centrífugo, o que ajuda adicionalmente que a cavitação ocorra longe das partes do reator a serem conservadas.

[014] Este reator pode ser formado a partir de uma bomba centrífuga adequada, usando construções bem estabelecidas que são otimizadas em termos de custos de manufatura, pelo fechamento da abertura central para acesso à folga. Certamente, a capacidade de bombeamento é significativamente reduzida em decorrência de tal mudança, de acordo com o que, a principal aplicação torna-se a cavitação.

[015] Deve-se notar que o reator de cavitação da invenção pode ser usado tanto com o fluido que flui a partir da primeira abertura de guia longitudinal na direção da segunda abertura, e com o fluido fluindo da segunda abertura para a primeira abertura, diferente das bombas centrífugas que permitem apenas um fluxo unidirecional.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[016] As características e as vantagens adicionais da presente invenção irão resultar mais claramente a partir da descrição ilustrativa não limitante de um reator de cavitação mostrado nos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 mostra uma vista seccional lateral de um reator de cavitação de acordo com uma primeira modalidade da invenção, - a figura 2 mostra uma vista seccional lateral de um reator de cavitação de acordo com uma outra modalidade da invenção, - a figura 3 mostra uma vista seccional lateral de um reator de cavitação de acordo com uma modalidade adicional da invenção, e - a figura 4 mostra uma vista frontal do reator de cavitação da figura 3, em que um elemento de fechamento do reator não é mostrado.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[017] Em relação aos desenhos anexos, um reator de cavitação de acordo com uma modalidade da invenção é, no geral, designado pelo número 1. O reator 1 compreende um estator 2 e um rotor 3 rotativamente conectado no estator 2.

[018] O estator 2 delimita uma câmara 21 que recebe pelo menos parcialmente o rotor 3. Com mais detalhes, a câmara 21 do estator 2 é delimitada por uma parede frontal 22, uma parede traseira 23 e uma parede periférica 24 do estator 2. A parede frontal 22 e a parede traseira 23 são espaçadas em uma direção longitudinal X-X. A parede periférica 24 conecta a parede frontal 22 e a parede traseira 23, e é preferivelmente formada como uma voluta centrífuga ou cilíndrica.

[019] O estator 2 tem uma primeira abertura 25 e uma segunda abertura 26 para que um fluido seja introduzido na câmara 21 e ejetado a partir da câmara 21. Em particular, a primeira abertura 25 pode agir como uma admissão de fluido e a segunda abertura 26 pode agir como um escape de fluido ou, inversamente, a primeira abertura 25 pode agir como um escape de fluido e a segunda abertura 26 pode agir como uma admissão de fluido.

[020] A primeira abertura 25 tem uma parte de guia 27 cuja forma pretende-se que guie o fluxo de fluido na direção longitudinal X-X. Por exemplo, nas modalidades das figuras, a primeira abertura 25 é formada na parede frontal 22 do estator 2. Em outras modalidades, a primeira abertura 25 pode ter um canal, não necessariamente reto, associado com a mesma e que termina na direção do interior da câmara 21, na parte de guia 27.

[021] Na modalidade que é mostrada nas figuras, a segunda abertura 26 é formada na parede periférica 24 do estator 2 para permitir que o fluido flua em uma direção perpendicular à direção longitudinal X-X, por exemplo, em uma direção radial R-R que se estende para longe de um eixo geométrico central longitudinal do estator

2. Contudo, também podem ser providas as modalidades nas quais a segunda abertura 26 é formada na parede traseira 23 do estator 2.

[022] O rotor 3 compreende um eixo de acionamento 31 que se estende principalmente na direção longitudinal X-X. O eixo de acionamento 31 é conectado no estator 2 e é adaptado para rotar em relação ao estator 2 ao redor de um eixo geométrico de rotação A-A, que se estende na direção longitudinal X-X e preferivelmente coincide com o eixo geométrico central longitudinal do estator 2.

[023] O eixo de acionamento 31 pode ser adaptado para conexão com um motor elétrico (não mostrado), tanto no interior quanto no exterior da câmara 21 do estator 2, para acionar rotativamente o rotor 3 em relação ao estator 2.

[024] O rotor 3 compreende pelo menos um estágio centrífugo 4 fixo no eixo de acionamento 31. Portanto, o estágio centrífugo 4 é adaptado para rotar em relação ao estator 2 juntamente com o eixo de acionamento 31, ao redor do eixo geométrico de rotação A-A.

[025] Da forma mais claramente explicada a seguir, o rotor 3 pode compreender uma pluralidade de estágios centrífugos 4, fixos no eixo de acionamento 31 e espaçados na direção longitudinal X-X, como nas conhecidas bombas centrífugas multiestágios. As características de um único estágio centrífugo 4 serão descritas primeiro, mas deve-se entender que as mesmas se aplicam em todos os estágios 4, a menos que de outra forma declarado. Em particular, as seguintes características se aplicam preferivelmente pelo menos no estágio centrífugo 4 que fica mais perto da primeira abertura 25 do estator 2, isto é, mais perto da parede frontal 22 do estator 2.

[026] O estágio centrífugo 4 fica acomodado na câmara 21 do estator 2, e é circundado pela parede periférica 24 do estator 2. Assim, a câmara 21 do estator 2 tem uma região tubular 28 que circunda radialmente a íntegra do estágio centrífugo 4 e é definida entre o estágio centrífugo 4 e a parede periférica 24 do estator 2. A região tubular 28 também circunda o eixo geométrico de rotação A-A e preferivelmente se estende longitudinalmente da parede frontal 22 até a parede traseira 23 do estator 2.

[027] A parte de guia 27 da primeira abertura 25 do estator 2 fica voltada para o estágio centrífugo 4 na direção longitudinal X-X e, com mais detalhes, o eixo geométrico de rotação A-A se estende através da parte de guia 27.

[028] O estágio centrífugo 4 compreende uma primeira parede 41 e uma segunda parede 42. A primeira e a segunda paredes 41, 42 são espaçadas na direção longitudinal X-X para definir uma folga 43 entre as mesmas.

[029] A primeira parede 41 é proximal à primeira abertura 25 do estator 30 e a segunda parede 42 é distal da primeira abertura 25. Em outras palavras, a primeira parede 41 fica disposta entre a segunda parede 42 e a primeira abertura 25. Com mais detalhes, cada uma da primeira e da segunda paredes 41, 42 tem uma superfície interna 41a, 42a e uma superfície externa 41b, 42b. As superfícies internas 41a, 42a da primeira e da segunda paredes 41, 42 ficam voltadas uma para a outra e ficam voltadas para a folga 43.

[030] Portanto, a folga 43 é um recesso formado no estágio centrífugo 4 entre a primeira e a segunda paredes 41, 42. Em outras palavras, a folga 43 é delimitada na direção longitudinal X-X pelas superfícies internas 41a, 42a da primeira e da segunda paredes 41, 42. Além do mais, a folga 43 se estende radialmente até a região tubular 28 da câmara 2.

[031] Em vez disto, a superfície externa 41b da primeira parede 41 é oposta à correspondente superfície interna 41a e fica voltada para a primeira abertura 25 do estator 2. Igualmente, a superfície externa 42b da segunda parede 42 é oposta à correspondente superfície interna 42a, mas fica voltada para longe da primeira abertura 25 do estator 2.

[032] A primeira e a segunda paredes 41, 42 são arranjadas transversais à direção longitudinal X-X, e o mesmo se aplica às suas respectivas superfícies interna e externa 41a, 41b, 42a, 42b. Além do mais, a primeira e a segunda paredes 41, 42 se projetam radialmente para fora do eixo de acionamento 31. Por exemplo, nas modalidades ilustradas, a primeira e a segunda paredes 41, 42 são paredes que se estendem radialmente. Portanto, o rotor 3 é um rotor radial, de uma maneira similar ao que é, no geral, conhecido por impulsores radiais de certas bombas centrífugas. Em outras palavras, a primeira e a segunda paredes 41, 42 podem ser modeladas como discos ou anéis, com o eixo geométrico de rotação A-A no centro, e as mesmas podem ser arranjadas perpendiculares à direção longitudinal X-X. Desta maneira, a folga 43 se estende, principalmente, substancialmente na direção radial R-R.

[033] A primeira e a segunda paredes 41, 42 não necessariamente têm uma forma plana, como aquela esquematicamente mostrada nas figuras. Portanto, em outras modalidades, a primeira e a segunda paredes 41, 42 também podem ter formas tridimensionais adaptadas para definir um rotor cônico ou em forma de funil 3, como os impulsores cônicos das conhecidas bombas centrífugas. Em outras palavras, nestas paredes, uma parte central, localizada em uma parte central 45 do estágio centrífugo 4 perto do eixo geométrico de rotação A-A, se projeta na direção da primeira abertura 25 do estator 2 em relação a uma parte periférica da parede, localizada em uma parte periférica 46 do estágio centrífugo 4 espaçado a partir do eixo geométrico de rotação A-A.

[034] O estágio centrífugo 4 compreende uma pluralidade de partições 44 arranjadas na folga 43. As partições 44 podem ser modeladas como pás de uma bomba centrífuga, e podem, portanto, ter perfis retos ou curvos, desse modo, definindo ângulos agudos ou graves com uma direção circunferencial C-C que se estende ao redor do eixo geométrico de rotação A-A, orientado na direção da rotação do rotor 3. Contudo, deve ser notado que o efeito da cavitação controlada pode ser obtido em ambas as possíveis direções de rotação do rotor 3 ao redor do eixo geométrico de rotação A-A.

[035] Cada partição 44 se estende entre uma extremidade interna 44a, perto do eixo geométrico de rotação A-A, e uma extremidade periférica 44b, espaçada a partir do eixo geométrico de rotação A-A. Além do mais, as partições 44 são circunferencialmente espaçadas ao redor do eixo geométrico de rotação A-A. Portanto, as partições 44 dividem a folga 43 em uma pluralidade de compartimentos 47 que se estendem entre a parte central 45 do estágio centrífugo 4 e a parte periférica 46 do estágio centrífugo 4.

[036] As partições 44 são desenhadas para acionar rotativamente o fluido na folga 43 quando o eixo de acionamento 31 rotar em relação ao estator 2. Isto irá criar uma diferença de pressão entre o fluido na folga 43 na parte central 45 do estágio centrífugo 4 e o fluido na parte periférica 45 do estágio centrífugo 4. Esta diferença de pressão causada pelas forças de rotação centrífuga tende a fazer com que o fluido flua através dos compartimentos 47 da parte central 45 até a parte periférica 46 do estágio centrífugo 4. Em outras palavras, a pressão na parte central 45 é inferior àquela na parte periférica 46.

[037] A folga 43 e, particularmente, os compartimentos 47 ficam em comunicação fluida com a região tubular 28 da câmara 21 do estator 2 na parte periférica 46 do estágio centrífugo 4. Em outras palavras, uma borda periférica livre da primeira parede 41 é espaçada a partir de uma borda periférica livre da segunda parede 42, preferivelmente, na direção longitudinal X-X. Portanto, o fluido na câmara 21 pode fluir para dentro e para fora da folga 43 entre as bordas periféricas livres da primeira e da segunda paredes 41, 42.

[038] Em um aspecto da invenção, a primeira parede 41 é fechada na parte central 45 do estágio centrífugo 4, desse modo, impedindo o fluxo de fluido entre a primeira abertura 25 e a parte periférica 46 do estágio centrífugo 4 através da folga 47, a saber, através dos compartimentos 47 da mesma. Com mais detalhes, na parte central 45, a comunicação fluida é impedida entre a câmara 21 do estator 2, fora do estágio centrífugo 4, e a folga 43. Além do mais, na modalidade preferida, a folga 43 fica em comunicação fluida com o resto da câmara 21, a saber, com a região tubular 28 da câmara 21, apenas na parte periférica 46 do estágio centrífugo 4, entre as bordas periféricas livres da primeira e da segunda paredes 41, 42.

[039] Deve-se notar que, como nas bombas centrífugas da tecnologia anterior, a segunda parede 42 é igualmente fechada na parte central 45 do estágio centrífugo 4, desse modo, impedindo o fluxo de fluido entre a segunda abertura 26 e a parte periférica 46 do estágio centrífugo 4 através da folga 47.

[040] Em certas modalidades, a primeira parede 41 é fechada por um elemento de fechamento 48 do estágio centrífugo 4, da forma mostrada, por exemplo, nas figuras 2-4. Com mais detalhes, a primeira parede 41 do estágio centrífugo 4 tem uma abertura central 49 na parte central 45 do estágio centrífugo 4. O elemento de fechamento 48 é fixo nas primeiras paredes 41, preferivelmente de uma maneira removível, para fechar a abertura central 49.

[041] Quando livres de elementos de fechamento 48, tal abertura central 49 pode ser adaptada para agir como uma admissão de fluido para o estágio centrífugo 4,

como nas conhecidas bombas centrífugas. Com uma abertura central liberada 49, o fluido irá acessar a câmara 21, por exemplo, através da primeira abertura 25, será arrastado para o interior da folga 43 através da abertura central 49 devido à supramencionada diferença de pressão, irá, posteriormente, fluir na folga 43 na direção da parte periférica 46 do estágio centrífugo 4, e será ejetado para fora da folga 43 no interior da região tubular 28 da câmara 21 para alcançar a segunda abertura 26.

[042] Entretanto, o elemento de fechamento 48 oclui este caminho de fluido. Em particular, o fluido não irá fluir continuamente na direção radial na folga 43, e apenas uma mistura do fluido será provida entre o interior da folga 43 e a região tubular 28 da câmara 21, fora da folga 43, na parte periférica 46 do estágio centrífugo 4.

[043] A modalidade com a abertura central 49 pode ser obtida a partir de uma conhecida bomba centrífuga (não mostrada), em particular, a partir de uma bomba centrífuga com impulsor (ou rotor) fechado, que pode exibir substancialmente todos os recursos discutidos até aqui, excetuando o fato de que a primeira parede 41 do estágio centrífugo 4 é fechada na parte central 45. Uma vez que esta bomba foi provida, um elemento de fechamento 48 deve ser simplesmente fixo na primeira parede 41 para fechar sua abertura central 49.

[044] Alternativamente, da forma mostrada na figura 1, a primeira parede 41 pode ter nenhuma abertura central 49 e ser formada, por exemplo, como um disco sólido ou um funil que tem a boca menor fechada. Isto pode ser considerado equivalente à formação de um elemento de fechamento 48 de uma peça com a primeira parede 41. Portanto, esta modalidade não exige que mudanças sejam feitas em uma conhecida bomba centrífuga depois da fabricação, mas pode, possivelmente, exigir uma mudança de desenho, antes da fabricação, ainda com baixos custos.

[045] Deve-se notar que, já que o típico caminho de fluido das bombas centrífugas é fechado, como exposto, uma passagem alternativa para o fluxo de fluido deve ser provida entre a primeira abertura 25 e a segunda abertura 26 da câmara 21. Portanto, na modalidade preferida, a primeira parede 41 do estágio centrífugo 4 é espaçada a partir da parede frontal 22 do estator 2. Além do mais, a parte periférica

46 do estágio centrífugo 4 é espaçada a partir da parede periférica 24 do estator 2. As distâncias relativamente pequenas são de qualquer modo aceitáveis, desde que as mesmas sejam suficientes para a passagem do fluido, da forma descrita a seguir.

[046] Isto irá permitir que o fluido flua entre a primeira abertura 25 e a segunda abertura 26 ao redor do estágio centrífugo 4 através da região tubular 28. Com mais detalhes, o fluido flui através da primeira abertura 25, o mesmo flui entre a primeira parede 41 do estágio centrífugo 4 e a parede frontal 22 do estator 2, em uma direção substancialmente radial R-R, então, o mesmo flui para o interior da região tubular 28, isto é, entre a parte periférica 46 do estágio centrífugo 4 e a parede periférica 24 do estator 4, em uma direção substancialmente longitudinal X-X e, preferivelmente, com os componentes circunferenciais devido à rotação do rotor 3, e, finalmente, o mesmo flui através da segunda abertura 26. Alternativamente, um fluxo de fluido também é admitido nas mesmas partes do reator de cavitação 1 na direção oposta à exposta.

[047] Este caminho do fluxo de fluido é esquematicamente ilustrado nas figuras pelas setas F. Contudo, deve ser entendido que uma operação com o rotor 3 rotando em uma direção oposta àquela das setas F também é admitida.

[048] Na modalidade preferida, da forma mostrada na figura 2, os compartimentos 47 da folga 43 ficam em comunicação fluida uns com os outros na parte central 45 do estágio centrífugo 4. Em outras palavras, as extremidades internas 44a de duas partições contíguas 44 definem uma passagem livre entre as mesmas para o fluido, de um compartimento 47 arranjado entre as duas partições 44 até o resto dos compartimentos 44. Vantajosamente, o fluido na folga 43 na parte central 45 do estágio centrífugo 4 é exposto a forças de tração opostas, no geral, referenciadas com as setas de duas pontas T, direcionadas para a parte periférica 46 do estágio centrífugo 4, o que facilita a cavitação.

[049] Em uma modalidade alternativa, da forma mostrada na figura 3, a comunicação fluida entre os compartimentos 47 da folga 43, na parte central 45 do estágio centrífugo 4, é impedida, por exemplo, pelo elemento de fechamento 48. Em outras palavras, o elemento de fechamento 48 faz contato com as extremidades internas 44a das partições 44, e, com mais detalhes, o elemento de fechamento 48 é modelado para ocluir o espaço entre as extremidades internas 44a dos pares de partições contíguas 44. A cavitação é de qualquer modo obtida devido à diferença de pressão entre a parte central 45 e a parte periférica 46 do estágio centrífugo 4. Desta maneira, o fluido é exposto a uma força de tração unidirecional.

[050] O Requerente verificou que a operação do reator de cavitação 1 exige que o rotor 3 fique integralmente imerso no fluido. Em particular, é vantajoso garantir que o ar a ser expelido a partir da folga 43 o seja.

[051] Com este propósito, são preferivelmente providos os elementos de regulação de pressão, que são configurados para manter a pressão do fluido na câmara 21 acima de um valor limite que é adaptado para impedir o acúmulo de ar na folga 43, especialmente na parte central 45 do estágio centrífugo 4.

[052] Entretanto, os versados na técnica irão prontamente entender que a pressão na folga 43 é fortemente afetada pelas condições da instalação do reator de cavitação 1, no contexto de um sistema hidráulico configurado para alimentar o fluido no reator 1 para o processamento e para receber o fluido processado. Portanto, a regulação de pressão pode ser realizada pelas partes do sistema hidráulico que estão fora do reator 1, por exemplo, uma ou mais bombas ou válvulas do sistema hidráulico ou, em outras circunstâncias, os elementos de regulação de pressão podem ser providos separados do reator 1, ou também podem ser omitidos, dependendo dos recursos estruturais e de operação do sistema hidráulico.

[053] Da forma explicada anteriormente, o rotor 3 pode compreender um ou mais estágios centrífugos 4, fixos no eixo de acionamento 31 e espaçados na direção longitudinal X-X, como em conhecidas bombas centrífugas multiestágios. Os estágios centrífugos 4 podem ficar todos acomodados na mesma câmara 21 do estator 2, ou em câmaras distintas 21 do estator 2.

[054] Isto pode ser provido para que o fluido passe por cavitação mais forte, ou em vista da provisão de um reator de cavitação 1 que também tem funções de bombeamento, além das capacidades de cavitação. Em outras palavras, um único dispositivo monolítico pode ser adaptado para alcançar a cavitação controlada e as tarefas de bombeamento convencionais ao mesmo tempo.

[055] Aqui, o rotor 3 compreende estágios centrífugos 4 de dois tipos, isto é, pelo menos um primeiro estágio centrífugo 4 para a cavitação, que incorpora os recursos discutidos até aqui, e pelo menos um segundo estágio centrífugo para o bombeamento (não mostrado). Cada segundo estágio centrífugo pode incluir alguns dos recursos apresentados anteriormente, mas não os recursos relacionados ao fechamento da primeira parede 41.

[056] Em particular, para o segundo estágio centrífugo, a primeira parede 41 tem uma abertura central liberada 49 na parte central 45 do estágio 4. Assim, o segundo estágio centrífugo é configurado para bombear o fluido da abertura central liberada 49 até sua parte periférica 46 através de sua folga 43, ao longo dos compartimentos 47. Portanto, os estágios centrífugos de bombeamento diferem dos estágios centrífugos de cavitação 4 em que os mesmos têm uma abertura central liberada 49 para que o fluido acesse a folga 43 e em que os mesmos não têm sua primeira parede 41 fechada pelo seu próprio desenho ou devido à provisão de um elemento de fechamento 48 na abertura central não liberada 49.

[057] Preferivelmente, os estágios centrífugos de bombeamento são arranjados à montante dos estágios centrífugos de cavitação 4, para que uma máxima pressão do fluido seja provida em estágios de cavitação. Em outras palavras, o primeiro estágio centrífugo 4 fica distal da primeira abertura 25 do estator 2 e o segundo estágio centrífugo fica proximal à primeira abertura 25 do estator 2, isto é, o primeiro estágio centrífugo 4 é arranjado entre o segundo estágio centrífugo e a primeira abertura 25 do estator 2.

[058] Os versados na técnica podem obviamente conceber inúmeras mudanças equivalentes nas variantes anteriormente discutidas, sem fuga do escopo definido pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Reator de cavitação (1), que compreende: - um estator (2), que delimita uma câmara (21), o estator (2) tendo uma primeira e uma segunda aberturas (25, 26) para que um fluido seja introduzido e ejetado a partir da câmara (21), e - um rotor (3) que compreende um eixo de acionamento (31), conectado no estator (2) e rotável em relação ao estator (2) ao redor de um eixo geométrico de rotação (A-A) que se estende em uma direção longitudinal (X-X), o rotor (3) compreendendo um estágio centrífugo (4) fixo no eixo de acionamento (31) e alojado na câmara (21) do estator (2), a primeira abertura (25) do estator (2) tendo uma parte de entrada (27) voltada para o estágio centrífugo (4) na direção longitudinal (X-X) e modelada para guiar longitudinalmente o fluxo de fluido, em que: - o estágio centrífugo (4) compreende uma primeira parede (41) proximal à primeira abertura (25) do estator (2) e uma segunda parede (42) distal da primeira abertura (25) do estator (2), a primeira e a segunda paredes (41, 42) sendo arranjadas transversal à direção longitudinal (X-X), e sendo espaçadas na direção longitudinal (X- X) para definir uma folga (43) entre as mesmas, a folga (43) sendo um recesso formado no estágio centrífugo (4) entre a primeira e a segunda paredes (41, 42), - o estágio centrífugo (4) compreende uma pluralidade de partições (44) na folga (43) que são circunferencialmente espaçadas ao redor do eixo geométrico de rotação (A-A), as partições (44) dividindo a folga (43) em uma pluralidade de compartimentos (47) que se estendem entre uma parte central (45) do estágio centrífugo (4), mais perto do eixo geométrico de rotação (A-A), e uma parte periférica (46) do estágio centrífugo (4), mais distante do eixo geométrico de rotação (A-A), os compartimentos (47) ficando em comunicação fluida com a câmara (21) do estator (2) na parte periférica (46) do estágio centrífugo (4), caracterizado por: a primeira parede (41) ser fechada na parte central (45) do estágio centrífugo (4), desse modo, impedindo o fluxo de fluido entre a primeira abertura (25) do estator (2) e a parte periférica (46) do estágio centrífugo (4) através dos compartimentos (47) da folga (43).

2. Reator de cavitação (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma da primeira e da segunda paredes (41, 42) ter uma superfície interna (41a, 42a), as superfícies internas (41a, 42a) da primeira e da segunda paredes (41, 42) voltadas uma para a outra e voltadas para a folga (43), a folga (43) sendo delimitada na direção longitudinal (X-X) pelas superfícies internas (41a, 42a) da primeira e da segunda paredes (41, 42).

3. Reator de cavitação (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por: - a câmara (21) ter uma região tubular (28) que circunda radialmente a íntegra do estágio centrífugo (4), e - a folga (43) ficar em comunicação fluida com a região tubular (28) da câmara (21) do estator (2) na parte periférica (46) do estágio centrífugo (4).

4. Reator de cavitação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a folga (43) se estender, principalmente, substancialmente em uma direção radial (R-R) que se estende para longe de um eixo geométrico central longitudinal do estator (2).

5. Reator de cavitação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a primeira parede (41) do estágio centrífugo (4) ter uma abertura central (49) na parte central (45) do estágio centrífugo (4), o estágio centrífugo (4) compreendendo um elemento de fechamento (48) fixo na primeira parede (41) para fechar a abertura central (49).

6. Reator de cavitação (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o elemento de fechamento (48) ser modelado para impedir a comunicação fluida entre os compartimentos (47) da folga (43) na parte central (45) do estágio centrífugo (4).

7. Reator de cavitação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 5, caracterizado por os compartimentos (47) da folga (43) ficarem em comunicação fluida uns com os outros na parte central (45) do estágio centrífugo (4).

8. Reator de cavitação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por as partições (44) serem modeladas para causar a rotação do fluido na folga (43) quando o eixo de acionamento (31) rotar em relação ao estator (2), desse modo, criando uma diferença de pressão entre o fluido na folga (43) na parte central (45) do estágio centrífugo (4) e o fluido na parte periférica (46) do estágio centrífugo (4).

9. Reator de cavitação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por: - a câmara (21) do estator (2) ser delimitada por uma parede frontal (22) na qual a primeira abertura é formada (25), uma parede traseira (23) espaçada a partir da parede frontal (22) na direção longitudinal (X-X), e uma parede periférica (24) que conecta a parede frontal (22) e a parede traseira (23) em conjunto e circunda o estágio centrífugo (4), - a primeira parede (41) do estágio centrífugo (4) ser espaçada a partir da parede frontal (22) do estator (2), e a parte periférica (46) do estágio centrífugo (4) ser espaçada a partir da parede periférica (24) do estator (2), para, desse modo, permitir que o fluido flua entre a primeira abertura (25) e a segunda abertura (26) ao redor do estágio centrífugo (4).

10. Reator de cavitação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por o rotor (3) compreender uma pluralidade de estágios centrífugos (4) fixos no eixo de acionamento (31) e espaçados uns a partir dos outros na direção longitudinal (X-X), a primeira parede (41) de pelo menos um primeiro estágio centrífugo (4) sendo fechada em sua parte central (45) para impedir o fluxo de fluido entre a primeira abertura (25) do estator (2) e a parte periférica relativa (46) através dos compartimentos (47) da folga relativa (43), pelo menos um segundo estágio centrífugo tendo uma abertura central liberada (49) na parte central (45), o segundo estágio centrífugo (4) sendo configurado para bombear o fluido da abertura central liberada (49) até a parte periférica relativa (46) através dos compartimentos da folga (43).

11. Reator de cavitação (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o primeiro estágio centrífugo (4) ser distal da primeira abertura (25) do estator (2) e o segundo estágio centrífugo ser proximal à primeira abertura (25) do estator (2).

12. Reator de cavitação (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender meios de regulação de pressão, que são configurados para manter a pressão do fluido na câmara (21) acima de um valor limite que é adaptado para impedir o acúmulo de ar na folga (43).

13. Método de manufatura de um reator de cavitação (1), como definido na reivindicação 5, caracterizado por incluir as etapas de: - prover uma bomba centrífuga que compreende: - um estator (2), que delimita uma câmara (21), o estator (2) tendo uma primeira abertura para que um fluido seja introduzido na câmara (21) e uma segunda abertura (26) para que o fluido seja ejetado a partir da câmara (21), e - um rotor (3) que compreende um eixo de acionamento (31), conectado no estator (2) e rotável em relação ao estator (2) ao redor de um eixo geométrico de rotação (A-A) que se estende em uma direção longitudinal (X-X), o rotor (3) compreendendo um estágio centrífugo (4) fixo no eixo de acionamento (31) e alojado na câmara (21) do estator (2), a primeira abertura (25) do estator (2) tendo uma parte de entrada (27) voltada para o estágio centrífugo (4) na direção longitudinal (X-X) e modelada para guiar longitudinalmente o fluxo de fluido, em que: - o estágio centrífugo (4) compreende uma primeira parede (41) e uma segunda parede (42), arranjadas transversais à direção longitudinal (X-X) e espaçadas na direção longitudinal (X-X) para definir uma folga (43) entre as mesmas, a folga (43) sendo um recesso formado no estágio centrífugo (4) entre a primeira e a segunda paredes (41, 42), a primeira parede (41) sendo colocada entre a segunda parede (42) e a primeira abertura (25) do estator (2), - o estágio centrífugo (4) compreende uma pluralidade de partições (44) na folga (43) que são circunferencialmente espaçadas ao redor do eixo geométrico de rotação (A-A), as partições (44) dividindo a folga (43) em uma pluralidade de compartimentos (47) que se estendem entre uma parte central (45) do estágio centrífugo (4), mais perto do eixo geométrico de rotação (A-A), e uma parte periférica (46) do estágio centrífugo (4), mais distante do eixo geométrico de rotação (A-A), os compartimentos (47) ficando em comunicação fluida com a câmara (21) do estator (2) na parte periférica (46) do estágio centrífugo (4), - a primeira parede (41) do estágio centrífugo (4) tem uma abertura central (49) na parte central (45) do estágio centrífugo (4), e - fixar um elemento de fechamento (48) na primeira parede (41) para fechar a abertura central (49).