BR122020013962A2 - DEVICE FOR HEATING A MATERIAL THROUGH MICROWAVES, SYSTEM FOR HEATING A MATERIAL THROUGH MICROWAVES, AND METHOD FOR HEATING A MATERIAL THROUGH MICROWAVES - Google Patents
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Abstract
"DISPOSITIVO PARA AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ATRAVÉS DE MICRO-ONDAS, SISTEMA PARA AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ATRAVÉS DE MICRO-ONDAS, E MÉTODO PARA AQUECIMENTO DE UM MATERIAL ATRAVÉS DE MICRO-ONDAS". A presente invenção refere-se a um dispositivo para aquecimento de materiais através de micro-ondas, particularmente aplicável ao aquecimento de produtos de minério, que permite eliminar o uso de combustíveis fosseis (por exemplo gás natural, carvão, óleo pesado etc.) para geração de calor para aquecimento deste tipo de material, viabilizando o uso de micro-ondas para aquecimento de materiais através de uma dispersão mais eficiente das suas ondas eletromagnéticas. A presente invenção também se refere a um sistema que faz uso de uma câmara de aquecimento, e um método de aquecimento por micro- ondas."DEVICE FOR HEATING A MATERIAL THROUGH MICROWAVES, SYSTEM FOR HEATING A MATERIAL THROUGH MICROWAVES, AND METHOD FOR HEATING A MATERIAL THROUGH MICROWAVES". The present invention relates to a device for heating materials using microwaves, particularly applicable to the heating of ore products, which makes it possible to eliminate the use of fossil fuels (for example natural gas, coal, heavy oil etc.) for heat generation for heating this type of material, enabling the use of microwaves for heating materials through a more efficient dispersion of its electromagnetic waves. The present invention also relates to a system that makes use of a heating chamber, and a microwave heating method.
Description
[001] Divisão do pedido de patente BR102020012185-5 depositado em 17/06/2020.[001] Division of patent application BR102020012185-5 filed on 06/17/2020.
[002] A presente invenção refere-se a um dispositivo para aquecimento de materiais através de micro-ondas, particularmente aplicável ao aquecimento de produtos de minério, que permite eliminar o uso de combustíveis fosseis (por exemplo gás natural, carvão, óleo pesado etc.) para geração de calor para aquecimento deste tipo de material, viabilizando o uso de micro-ondas para aquecimento de materiais através de uma dispersão mais eficiente das suas ondas eletromagnéticas.[002] The present invention relates to a device for heating materials by microwave, particularly applicable to the heating of ore products, which allows to eliminate the use of fossil fuels (for example natural gas, coal, heavy oil etc. .) for the generation of heat for heating this type of material, enabling the use of microwaves for heating materials through a more efficient dispersion of its electromagnetic waves.
[003] A presente invenção também se refere a um sistema que faz uso de uma câmara de aquecimento, e um método de aquecimento por micro-ondas.[003] The present invention also relates to a system that makes use of a heating chamber, and a microwave heating method.
[004] Em muitos casos, o processo de redução de umidade de produto de mineração através do aquecimento deste produto é extremamente prejudicial ao meio ambiente, visto que, na forma como é explorado pela indústria de mineração atualmente, faz-se necessária a utilização de fornos a base de queima de combustíveis fosseis (por exemplo gás natural, carvão, óleo pesado etc.).[004] In many cases, the process of reducing mining product moisture by heating this product is extremely harmful to the environment, since, as it is currently exploited by the mining industry, it is necessary to use kilns based on fossil fuels (eg natural gas, coal, heavy oil etc.).
[005] Com o objetivo de reduzir os impactos ambientais causados pelo uso de tal tecnologia pela emissão de CO2, o desenvolvimento de métodos alternativos de redução de umidade do produto de mineração tem sido fomentado.[005] In order to reduce the environmental impacts caused by the use of such technology by the emission of CO2, the development of alternative methods of reducing the humidity of the mining product has been promoted.
[006] Em meio às soluções propostas no estado da técnica, a utilização de sistemas de redução de umidade de produto de mineração por meio da radiação de micro-ondas tem despertado interesse de diferentes setores na área de mineração.[006] Amid the solutions proposed in the state of the art, the use of systems to reduce the humidity of mining products by means of microwave radiation has aroused the interest of different sectors in the mining area.
[007] Porém, problemas relacionados ao desempenho implicam em custos de implementação e operação em larga escala desse tipo de solução e impedem que o seu uso se torne mais vantajoso do ponto de vista econômico. Por exemplo, em uma solução mais simples, em que o produto de mineração é aquecido ao ser submetido apenas às ondas eletromagnéticas, o tempo demandado para aquecimento do produto e o custo dos equipamentos são fatores que obstruem a utilização da tecnologia em grande escala. Isto porque, após estudos e análises conduzidos acerca do aproveitamento energético destes dis-positivos, observou-se que as ondas eletromagnéticas não são devidamente dispersadas nas regiões de interesse dos produtos de minério.[007] However, problems related to performance imply costs of implementation and large-scale operation of this type of solution and prevent its use from becoming more economically advantageous. For example, in a simpler solution, where the mining product is heated by being subjected only to electromagnetic waves, the time required to heat the product and the cost of equipment are factors that hinder the use of technology on a large scale. This is because, after studies and analyzes conducted on the energy use of these devices, it was observed that the electromagnetic waves are not properly dispersed in the regions of interest of the ore products.
[008] Observou-se que o aquecimento é realizado de forma bastante heterogênea, o que prejudica em muito a eficiência do processo de aquecimento do material. Idealmente, o aquecimento deveria se dar de forma mais distribuída em toda a superfície do material. Ao invés disso, a falta de dispersão que se observa nos dispositivos de secagem do estado da técnica implica em maior tempo de exposição para se alcançar uma secagem adequada do produto e torna o processo ineficiente e com custos operacionais não competitivos.[008] It was observed that the heating is carried out in a very heterogeneous way, which greatly impairs the efficiency of the heating process of the material. Ideally, heating should take place more evenly across the material's surface. Instead, the lack of dispersion observed in the state of the art drying devices implies a longer exposure time to achieve an adequate drying of the product and makes the process inefficient and with non-competitive operating costs.
[009] Isto ocorre, principalmente, por uma falha de design inerente dos aquecedores de micro-ondas do estado da técnica. Ao fazer uso de uma única câmara com múltiplas fontes emissoras de ondas, uma onda eletromagnética de uma primeira fonte poderá entrar na saída de uma segunda fonte, podendo queimar o seu magnetron.Para evitar esta situação, é necessário recorrer a um maior distanciamento entre as fontes aumentando o tamanho da câmara, o que, por sua vez, diminui a relação de potência x área (KW/m2). Ademais, a emissão das ondas eletromagnéticas diretamente no espaço vazio no interior da câmara não permite uma adequada reflexão e dispersão das mesmas para um aquecimento homogêneo do material de interesse, o que diminui ainda mais a eficiência do dispositivo.[009] This is mainly due to an inherent design flaw in state of the art microwave heaters. When using a single chamber with multiple wave emitting sources, an electromagnetic wave from a first source may enter the output of a second source, which may burn your magnetron. To avoid this situation, it is necessary to resort to a greater distance between the sources increasing the size of the chamber, which, in turn, decreases the power x area ratio (KW / m2). In addition, the emission of electromagnetic waves directly in the empty space inside the chamber does not allow an adequate reflection and dispersion of them for a homogeneous heating of the material of interest, which further reduces the efficiency of the device.
[0010] O estado da técnica traz algumas possibilidades de construção de câmaras para aquecimento por micro-ondas, como pode ser visto no documento de patente americano US4870236. Este documento propõe uma câmara para aquecimento de materiais por micro-ondas que faz uso de ao menos um par de cavidades nas quais se dispõe a fonte de ondas eletromagnéticas. As ondas são refletidas dentro do guia de ondas para alcançar eventualmente a câmara principal onde se encontram os materiais a serem aquecidos. Entretanto, esta solução mostrada no documento US4870236 não resolve o problema de dis-persão ineficiente das ondas eletromagnéticas, pois as ondas são distribuídas descontroladamente após sua chegada na câmara, o que resulta na mesma dispersão heterogênea observada nas demais câmaras do estado da técnica.[0010] The state of the art brings some possibilities for building chambers for microwave heating, as can be seen in the US patent document US4870236. This document proposes a chamber for heating materials by microwave that makes use of at least one pair of cavities in which the source of electromagnetic waves is available. The waves are reflected inside the waveguide to eventually reach the main chamber where the materials to be heated are located. However, this solution shown in document US4870236 does not solve the problem of inefficient dispersion of electromagnetic waves, since the waves are distributed uncontrollably after arriving in the chamber, which results in the same heterogeneous dispersion observed in the other chambers of the prior art.
[0011] Sendo assim, não se observa no estado da técnica um dispositivo de aquecimento por micro-ondas que seja capaz de dispersar as ondas eletromagnéticas de forma adequada, resultando num aquecimento eficiente do produto de mineração e permitindo a eliminação do uso de sistemas de obtenção de calor através de combustão, que são prejudiciais ao meio ambiente assim como uma redução de energia elétrica e de combustíveis fósseis.[0011] Therefore, it is not observed in the state of the art a microwave heating device that is capable of dispersing the electromagnetic waves properly, resulting in an efficient heating of the mining product and allowing the elimination of the use of obtaining heat through combustion, which are harmful to the environment as well as a reduction in electricity and fossil fuels.
[0012] Um primeiro objetivo da presente invenção é prover um dispositivo de aquecimento por micro-ondas que permita substituir e eliminar completa ou parcialmente a necessidade de uso de sistemas de queima de combustível para obtenção de calor.[0012] A first objective of the present invention is to provide a microwave heating device that allows to replace and eliminate completely or partially the need to use fuel burning systems to obtain heat.
[0013] Um segundo objetivo da presente invenção é prover um dispositivo de aquecimento por micro-ondas que permita a dispersão eficiente, e de forma homogênea, das ondas eletromagnéticas sobre o produto a ser aquecido.[0013] A second objective of the present invention is to provide a microwave heating device that allows the efficient and homogeneous dispersion of the electromagnetic waves on the product to be heated.
[0014] Um terceiro objetivo da presente invenção é prover um dispositivo de aquecimento por micro-ondas dotado de uma cavidade principal e uma cavidade auxiliar para dispersão das ondas eletromagnéticas de forma eficiente.[0014] A third objective of the present invention is to provide a microwave heating device provided with a main cavity and an auxiliary cavity for the dispersion of electromagnetic waves efficiently.
[0015] Um quarto objetivo da presente invenção é prover um sistema de aquecimento por micro-ondas que faça uso da câmara de aquecimento para permitir o aquecimento eficiente e em série do material de interesse[0015] A fourth objective of the present invention is to provide a microwave heating system that makes use of the heating chamber to allow efficient and serial heating of the material of interest
[0016] Um quinto objetivo da presente invenção é prover um método de aquecimento por micro-ondas que faça uso do dispositivo de aquecimento supracitado.[0016] A fifth objective of the present invention is to provide a microwave heating method that makes use of the aforementioned heating device.
[0017] A presente invenção trata de um dispositivo da presente invenção compreendendo uma cavidade principal definindo uma porção interior e uma porção exterior do dispositivo, a cavidade principal sendo configurada para receber ao menos uma fonte de emissão de ondas eletromagnéticas, o dispositivo compreendendo ao menos uma cavidade auxiliar disposta no interior da cavidade principal e no intermédio entre a fonte e a porção exterior, a cavidade auxiliar delimitando uma região auxiliar de reflexão de ao menos parte das ondas eletromagnéticas geradas pela fonte.[0017] The present invention deals with a device of the present invention comprising a main cavity defining an inner portion and an outer portion of the device, the main cavity being configured to receive at least one source of electromagnetic wave emission, the device comprising at least an auxiliary cavity arranged inside the main cavity and in the middle between the source and the outer portion, the auxiliary cavity delimiting an auxiliary reflection region of at least part of the electromagnetic waves generated by the source.
[0018] Em uma configuração possível, a cavidade auxiliar possui perfil transversal retangular cujas paredes se projetam a partir de um par de paredes laterais da carcaça, paralelamente a uma linha de centro vertical de referência da cavidade e no sentido da porção exterior.[0018] In a possible configuration, the auxiliary cavity has a rectangular cross-section whose walls project from a pair of side walls of the housing, parallel to a vertical center line of reference of the cavity and towards the outer portion.
[0019] Em outra configuração possível, cada parede lateral compreende ao menos uma porção inclinada em um ângulo agudo formado em relação à linha de centro vertical.[0019] In another possible configuration, each side wall comprises at least a portion inclined at an acute angle formed in relation to the vertical centerline.
[0020] Em outra configuração possível, o ângulo de inclinação da porção inclinada da parede da cavidade principal é entre 15° a 40°.[0020] In another possible configuration, the angle of inclination of the inclined portion of the main cavity wall is between 15 ° to 40 °.
[0021] Em outra configuração possível, em ao menos uma parede da cavidade principal se dispõe um elemento de imã permanente.[0021] In another possible configuration, at least one wall of the main cavity has a permanent magnet element.
[0022] A presente invenção ainda trata de um método de aquecimento de um material por micro-ondas que faz uso de um dispositivo compreendendo uma cavidade principal definindo uma porção interior e uma porção exterior do dispositivo, a cavidade principal sendo dotada de ao menos uma parede, e sendo configurada para receber ao menos uma fonte de emissão de ondas eletromagnéticas, o método compreendendo a etapa de:[0022] The present invention also deals with a method of heating a material by microwave which makes use of a device comprising a main cavity defining an inner portion and an outer portion of the device, the main cavity being provided with at least one wall, and being configured to receive at least one source of electromagnetic wave emission, the method comprising the step of:
[0023] - refletir ao menos parte das ondas eletromagnéticas emiti das pela fonte em ao menos uma porção de uma cavidade auxiliar disposta no interior da cavidade principal e no intermédio entre a fonte e a porção exterior.[0023] - reflect at least part of the electromagnetic waves emitted by the source in at least a portion of an auxiliary cavity arranged inside the main cavity and in the middle between the source and the external portion.
[0024] Em uma configuração possível, o método compreende pelo menos uma das etapas de:[0024] In a possible configuration, the method comprises at least one of the steps of:
[0025] - refletir ao menos parte das ondas eletromagnéticas emiti das pela fonte em ao menos uma porção da parede inclinada em um ângulo agudo formado em relação a uma linha de centro vertical de referência da cavidade principal;[0025] - reflect at least part of the electromagnetic waves emitted by the source in at least a portion of the wall inclined at an acute angle formed in relation to a vertical center line of reference of the main cavity;
[0026] - alterar o curso de pelo menos parte das ondas eletromag néticas emitidas pela fonte através de um elemento de imã permanente disposto em ao menos uma parede da cavidade principal.[0026] - change the course of at least part of the electromagnetic waves emitted by the source through a permanent magnet element arranged in at least one wall of the main cavity.
[0027] A presente invenção ainda trata de um sistema para aquecimento de um material por micro-ondas que compreende um transportador de material a ser aquecido e uma zona de alimentação de material sobre o transportador, o sistema compreendendo uma zona de aquecimento de material, a zona de alimentação de material sendo disposta anteriormente à zona de aquecimento de material, a zona de aquecimento de material compreendendo ao menos uma câmara de aquecimento por micro-ondas dotada de ao menos um dispositivo para aquecimento por micro-ondas tal como o supracitado.[0027] The present invention also deals with a system for heating a material by microwave which comprises a material conveyor to be heated and a material feeding zone on the conveyor, the system comprising a material heating zone, the material feeding zone being arranged prior to the material heating zone, the material heating zone comprising at least one microwave heating chamber provided with at least one microwave heating device such as the one mentioned above.
[0028] Em uma concretização possível, o sistema compreende placas de material dielétrico dispostas sobre o transportador e uma zona de aquecimento de placa, a zona de alimentação de material sendo disposta no intermédio entre a zona de aquecimento de placa e a zona de aquecimento de material, a zona de aquecimento de placa compreendendo ao menos uma câmara de aquecimento por micro-ondas dotada de ao menos um dispositivo para aquecimento por micro-ondas tal como o supracitado.[0028] In a possible embodiment, the system comprises plates of dielectric material arranged on the conveyor and a plate heating zone, the material feeding zone being arranged in the middle between the plate heating zone and the heating zone of material, the plate heating zone comprising at least one microwave heating chamber provided with at least one microwave heating device such as the above.
[0029] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:[0029] The present invention will be described in more detail below based on an example of execution shown in the drawings. The figures show:
[0030] Figura 1 - é uma vista lateral de uma câmara de aquecimento de material por micro-ondas do estado da técnica sem cavidades;[0030] Figure 1 - is a side view of a state-of-the-art microwave material heating chamber without cavities;
[0031] Figura 2 - é uma vista superior de uma câmara de aquecimento de material por micro-ondas do estado da técnica sem cavidades;[0031] Figure 2 - is a top view of a state-of-the-art microwave material heating chamber without cavities;
[0032] Figura 3 - é uma imagem da região inferior de uma câmara de aquecimento de material por micro-ondas do estado da técnica separada em duas cavidades por uma parede, incluindo uma imagem de gradiente de temperatura da superfície aquecida;[0032] Figure 3 - is an image of the lower region of a state-of-the-art microwave material heating chamber separated into two cavities by a wall, including a temperature gradient image of the heated surface;
[0033] Figura 4 - é uma vista lateral de uma cavidade completamente retangular do estado da técnica;[0033] Figure 4 - is a side view of a completely rectangular cavity of the state of the art;
[0034] Figura 5 - é uma vista superior de uma cavidade completamente retangular do estado da técnica;[0034] Figure 5 - is a top view of a completely rectangular cavity of the state of the art;
[0035] Figura 6 - é uma vista lateral de uma câmara de aquecimento de material por micro-ondas do estado da técnica com cavidades completamente retangulares;[0035] Figure 6 - is a side view of a state-of-the-art microwave material heating chamber with completely rectangular cavities;
[0036] Figura 7 - é uma representação esquemática do comportamento das ondas eletromagnéticas numa porção da câmara de aquecimento de material por micro-ondas do estado da técnica com cavidades completamente retangulares, incluindo uma imagem de gradiente de temperatura da superfície aquecida;[0036] Figure 7 - is a schematic representation of the behavior of electromagnetic waves in a state of the art material microwave heating chamber with completely rectangular cavities, including a temperature gradient image of the heated surface;
[0037] Figura 8 - é uma vista lateral de uma primeira concretização do dispositivo da presente invenção;[0037] Figure 8 - is a side view of a first embodiment of the device of the present invention;
[0038] Figura 9 - é uma vista superior de uma primeira concretização do dispositivo da presente invenção;[0038] Figure 9 - is a top view of a first embodiment of the device of the present invention;
[0039] Figura 10 - é uma imagem de gradiente de temperatura da superfície aquecida quando do uso do dispositivo da presente invenção em sua primeira concretização;[0039] Figure 10 - is a temperature gradient image of the heated surface when using the device of the present invention in its first embodiment;
[0040] Figura 11 - é uma vista lateral de uma segunda concretização do dispositivo da presente invenção;[0040] Figure 11 - is a side view of a second embodiment of the device of the present invention;
[0041] Figura 12 - é uma vista superior de uma segunda concretização do dispositivo da presente invenção;[0041] Figure 12 - is a top view of a second embodiment of the device of the present invention;
[0042] Figura 13 - é uma representação esquemática do comportamento das ondas eletromagnéticas quando do uso do dispositivo da presente invenção em sua segunda concretização, incluindo uma imagem de gradiente de temperatura da superfície aquecida;[0042] Figure 13 - is a schematic representation of the behavior of electromagnetic waves when using the device of the present invention in its second embodiment, including a temperature gradient image of the heated surface;
[0043] Figura 14 - é uma vista lateral da câmara de aquecimento da presente invenção em uma configuração preferencial;[0043] Figure 14 - is a side view of the heating chamber of the present invention in a preferred configuration;
[0044] Figura 15 - é uma vista lateral do sistema de aquecimento da presente invenção em uma configuração preferencial; e[0044] Figure 15 - is a side view of the heating system of the present invention in a preferred configuration; and
[0045] Figura 16 - é um detalhe da vista lateral do sistema de aquecimento da presente invenção em uma configuração preferencial.[0045] Figure 16 - is a detail of the side view of the heating system of the present invention in a preferred configuration.
[0046] As figuras 1 e 2 revelam uma câmara 100’ para aquecimento de material por micro-ondas do estado da técnica. Esta câmara 100’ compreende paredes laterais 110’ e uma parede superior 120’ formando um simples retângulo com porção interna 2’ e externa 3’, a porção interna 2’ abrigando múltiplas fontes 30’ emissoras de ondas eletromagnéticas as quais aquecem o material disposto abaixo da câmara 100’ em sua porção externa 3’. A figura 3 revela imagem da região in- ferior de uma câmara 100’ de aquecimento de material por microondas do estado da técnica separada em duas cavidades 10A’, 10B’ por uma parede, incluindo uma imagem de gradiente de temperatura da superfície aquecida correspondente a ambos os lados 11 A', 11B’ da câmara.[0046] Figures 1 and 2 reveal a chamber 100 'for heating material by microwave of the state of the art. This chamber 100 'comprises side walls 110' and an upper wall 120 'forming a simple rectangle with inner portion 2' and outer portion 3 ', the inner portion 2' housing multiple sources 30 'emitting electromagnetic waves which heat the material disposed below of the chamber 100 'in its outer portion 3'. Figure 3 shows an image of the lower region of a state-of-the-art microwave material heating chamber 100 'separated into two
[0047] Observa-se que, nesta concretização das figuras 1 a 2, não se faz uso de qualquer tipo de cavidade, o que expõe as fontes 30’ às ondas eletromagnéticas umas das outras e pode gerar a queima de seus magnetrons.Conforme já esclarecido, para evitar esta queima, as fontes 30’ desta concretização anterior precisam ser espaçadas entre si a uma grande distância, o que diminui a relação de potência x área (KW/m2) e prejudica a correta dispersão das ondas eletromagnéticas, como pode ser melhor visto na figura 3. Em uma breve comparação, as câmaras 100’ de aquecimento do estado da técnica utilizam distâncias entre fontes de três a quatro vezes maiores do que as permitidas pela presente invenção, conforme se tornará claro a seguir. Ainda que se faça uso de uma parede para separação das cavidades, como visto na figura 3, o resultado não é satisfatório.[0047] It is observed that, in this embodiment of figures 1 to 2, no type of cavity is used, which exposes the sources 30 'to each other's electromagnetic waves and can cause the burning of their magnetrons. clarified, to avoid this burning, the sources 30 'of this previous embodiment need to be spaced apart at a great distance, which reduces the power x area ratio (KW / m2) and impairs the correct dispersion of the electromagnetic waves, as can be best seen in figure 3. In a brief comparison, state-of-the-art heating chambers 100 'use distances between sources three to four times greater than those allowed by the present invention, as will become clear below. Although a wall is used to separate the cavities, as seen in figure 3, the result is not satisfactory.
[0048] As figuras 4 a 7 revelam uma cavidade 10’ do estado da técnica, sendo a figura 6 uma representação desta cavidade 10’ aplicada a uma câmara 100’ do estado da técnica. Observa-se que esta concretização anterior tenta eliminar a possibilidade de queima das fontes 30’ pela sua inserção em cavidades 10’, bem como tenta direcionar as ondas eletromagnéticas derivadas da fonte 30’ para o material a ser aquecido.[0048] Figures 4 to 7 show a cavity 10 'of the prior art, figure 6 being a representation of this cavity 10' applied to a chamber 100 'of the prior art. It is observed that this previous embodiment tries to eliminate the possibility of burning the sources 30 'by inserting them in cavities 10', as well as trying to direct the electromagnetic waves derived from the source 30 'towards the material to be heated.
[0049] Entretanto, a figura 7 revela uma representação esquemática de testes realizados nestas cavidades 10’ de aquecimento por micro-ondas do estado da técnica, onde V1’ é uma vista lateral do dispositivo revelando as linhas de onda refletidas na superfície de sua estru-tura, V2’ é uma vista superior do dispositivo para referência, e V3’ é uma imagem revelando o gradiente de temperatura da superfície aquecida, onde as cores mais quentes representam maior temperatura e as mais frias, menor temperatura. Novamente, observou-se que o aquecimento é realizado de forma heterogênea e o centro da superfície não aprecia quase aquecimento algum, o que comprova a falta de eficiência na dispersão das ondas ainda que fazendo uso deste tipo de cavidade 10’.[0049] However, figure 7 reveals a schematic representation of tests performed in these state of the art 10 'microwave heating cavities, where V1' is a side view of the device revealing the wave lines reflected on the surface of its structure - height, V2 'is a top view of the device for reference, and V3' is an image revealing the temperature gradient of the heated surface, where the warmer colors represent higher temperatures and the colder, lower temperatures. Again, it was observed that the heating is carried out in a heterogeneous way and the center of the surface does not appreciate almost any heating, which proves the lack of efficiency in the dispersion of the waves even though using this type of cavity 10 ’.
[0050] Assim, o estado da técnica não é capaz de oferecer um dispositivo, câmara ou sistema para aquecimento de materiais por micro- ondas que seja suficientemente eficiente para substituir o uso de geração de calor por queima de combustível.[0050] Thus, the state of the art is not able to offer a device, chamber or system for heating materials by microwave that is sufficiently efficient to replace the use of heat generation by burning fuel.
[0051] Para solucionar este problema, provê-se um dispositivo 1 da presente invenção em uma primeira concretização mostrada nas figuras 8 a 10; em uma segunda concretização mostrada nas figuras 11 e 13, uma câmara 100 que faz uso destas concretizações do dispositivo 1 na figura 14, e um sistema 200 que faz uso da câmara 100.[0051] To solve this problem, a
[0052] Em uma primeira concretização do dispositivo 1 da presente invenção mostrada nas figuras 8 a 10, provê-se um dispositivo 1 dotado de uma cavidade 10 cujo formato de parede é propício à dispersão das ondas eletromagnéticas de forma eficiente sobre o produto a ser aquecido.[0052] In a first embodiment of the
[0053] Mais especificamente, o dispositivo 1 em sua primeira concretização compreende uma cavidade principal 10 definindo uma porção interior 2 e uma porção exterior 3 do dispositivo 1 e sendo dotada de ao menos uma parede 11. A cavidade principal 10 é configurada para receber ao menos uma fonte 30 de emissão de ondas eletromagnéticas, a qual emite, preferencialmente, ondas eletromagnéticas com comprimento de onda entre 122 mm e 328 mm e frequência na faixa entre 2450 e 915 MHz, podendo este intervalo variar substancialmente conforme a aplicação desejada.[0053] More specifically, the
[0054] Nesta primeira concretização, ao menos uma parede 11 da cavidade principal 10 compreende ao menos uma porção inclinada em um ângulo T agudo formado em relação a uma linha de centro vertical Y de referência da cavidade principal 1. A carcaça compreende ainda, preferencialmente, uma parede superior 12 que abriga a fonte 30, mais preferencialmente disposta perpendicularmente à linha de centro Y.[0054] In this first embodiment, at least one
[0055] A linha de centro Y é uma linha imaginária de orientação que corta verticalmente a carcaça 10 a partir de seu centro numa vista lateral em uma disposição bipartida espelhada. Cada parede lateral 11 se projeta em um ângulo T agudo em relação a esta linha de centro Y, num sentido de afastamento da linha de centro Y, de forma que a carcaça 10 configura uma forma de formato substancialmente cônico ou de “corneta bi-piramidal”. O ângulo T é, preferencialmente, entre 15° e 40°, mais preferencialmente entre 20° e 30°, e mais referencialmente 28°. De forma mais preferencial, o dispositivo 1 da presente invenção pode compreender dois pares de paredes laterais 11 dispostas perpendicularmente entre si duas a duas, configurando uma forma substancialmente piramidal.[0055] The Y centerline is an imaginary guideline that vertically cuts the
[0056] O uso de uma cavidade principal 10 dotada de parede lateral 11 com um ângulo T agudo de inclinação permite uma reflexão mais eficiente das ondas eletromagnéticas emitidas pela fonte 30 no sentido de dispersão das ondas sobre o material a ser aquecido. Desta forma, obtêm-se um gradiente de temperatura homogêneo, conforme o visto na figura 10.[0056] The use of a
[0057] Desta forma, se obtêm através desta primeira concretização um nível de dispersão mais eficiente do que aquele visto nas câmaras e cavidades do estado da técnica, aumentando a relação de potência x área (KW/m2) e viabilizando sua aplicação, por exemplo, no âmbito de aquecimento de produtos de minério, o que se torna claro pela simples comparação entre as figuras 3 ou 7 e a figura 10.[0057] In this way, a more efficient dispersion level is obtained through this first embodiment than that seen in the state of the art chambers and cavities, increasing the power x area ratio (KW / m2) and enabling its application, for example , in the context of heating ore products, which is made clear by the simple comparison between figures 3 or 7 and figure 10.
[0058] Em concordância com esta primeira concretização do dispositivo 1, provê-se ainda um método de aquecimento de material por micro-ondas que compreende a etapa de:[0058] In accordance with this first embodiment of
[0059] - refletir ao menos parte das ondas eletromagnéticas emiti das pela fonte 30 em ao menos uma porção da parede 11 inclinada em um ângulo T agudo formado em relação a uma linha de centro vertical Y de referência da cavidade principal 1.[0059] - reflect at least part of the electromagnetic waves emitted by the
[0060] Uma segunda concretização da presente invenção pode ser vista nas figuras 11 a 13, onde se faz uso de uma cavidade principal e uma cavidade auxiliar para dispersão das ondas eletromagnéticas de forma eficiente. Tem-se nesta segunda concretização uma cavidade principal 10 definindo uma porção interior 2 e uma porção exterior 3 do dispositivo 1, a cavidade principal 10 sendo configurada para receber ao menos uma fonte 30 de emissão de ondas eletromagnéticas, tal como é visto também na primeira concretização.[0060] A second embodiment of the present invention can be seen in figures 11 to 13, where a main cavity and an auxiliary cavity are used to efficiently disperse electromagnetic waves. In this second embodiment there is a
[0061] Nesta segunda concretização, o dispositivo 1 compreende ao menos uma cavidade auxiliar 20 disposta no interior da cavidade principal 10 e no intermédio entre a fonte 30 e a porção exterior 3. A cavidade auxiliar 20 delimita uma região auxiliar 6 de reflexão de ao menos parte das ondas eletromagnéticas geradas pela fonte 30 para permitir uma reflexão adicional das referidas ondas e garantir uma maior dispersão das mesmas sobre o material a ser aquecido.[0061] In this second embodiment,
[0062] A cavidade auxiliar 20 compreende, preferencialmente, um perfil transversal retangular cujas paredes 21 se projetam a partir de um par de paredes laterais 11 da carcaça, paralelamente a uma linha de centro vertical Y de referência da cavidade 10 e no sentido da porção exterior 3, configurando uma forma substancialmente de “cubo” ou “caixa”. As paredes laterais 11 da carcaça podem ser anguladas ou não, configurando uma forma de “corneta bi-piramidal” ou ainda outras, tal como simplesmente retangular ou quadrada.[0062] The
[0063] As superfícies superior e inferior da cavidade auxiliar 20 são abertas para passagem das ondas eletromagnéticas providas da fonte 30. Outros perfis transversais podem ser utilizados para construção da cavidade auxiliar 20, dependendo, por exemplo, da forma da cavidade principal 10, do tipo de material a ser aquecido ou da aplicação desejada.[0063] The upper and lower surfaces of the
[0064] A região auxiliar 6 de reflexão das ondas eletromagnéticas é delimitada pelas paredes da câmara 20 e pelas suas aberturas superior e inferior. Tal região 6 tem por objetivo refletir as ondas eletromagnéticas em um padrão que as disperse numa região de interesse. Desta forma, obtém-se um aquecimento homogêneo do material.[0064] The
[0065] Em concordância com a segunda concretização do dispositivo 1 revelada acima, provê-se um método para aquecimento de material por micro-ondas que compreende a etapa de:[0065] In accordance with the second embodiment of
[0066] - refletir ao menos parte das ondas eletromagnéticas emiti das pela fonte 30 em ao menos uma porção de uma cavidade auxiliar 20 disposta no interior da cavidade principal 10 e no intermédio entre a fonte 30 e a porção exterior 3.[0066] - reflect at least part of the electromagnetic waves emitted by the
[0067] Apresentadas a primeira e a segunda concretização do dispositivo 1 da presente invenção, uma terceira concretização possível envolve a união da primeira e segunda concretizações para se obter um dispositivo 1 de particular eficiência, unindo assim a características de formato de parede 11 e de cavidade auxiliar 20 para promover uma dispersão ainda mais homogênea e eficiente das ondas eletromagnéticas.[0067] Having presented the first and the second embodiment of the
[0068] As figuras 11 a 13 revelam esta terceira concretização, prevendo o uso de paredes 11 dotadas de um ângulo T em relação ao eixo vertical Y de referência, bem como a existência de uma cavidade auxiliar 20 no interior da cavidade principal 10. Observa-se os efeitos desta terceira concretização na figura 13, que mostra o gradiente de temperatura num produto aquecido pelo dispositivo 10 das figuras 11 a 13. Mais especificamente, a figura 13 revela imagens V1 e V2, onde V1 é uma vista lateral do dispositivo 1 da presente invenção revelando as linhas de onda refletidas na superfície de sua cavidade principal 10 e da sua cavidade auxiliar 20, e V2 é uma imagem revelando o gradiente de temperatura da superfície aquecida pelo dispositivo 1 da presente invenção, onde as cores mais quentes representam maior temperatura e as mais frias, menor temperatura. Nota-se um resultado de aquecimento vantajosamente homogêneo, comprovando a eficiência adequada desta terceira concretização no aquecimento de materiais através de micro-ondas, e se mostrando uma alternativa viável frente ao aquecimento através de queima de combustível.[0068] Figures 11 to 13 reveal this third embodiment, providing for the use of
[0069] Em concordância com esta terceira concretização da presente invenção, esclarece-se que os métodos atrelados à primeira e à segunda concretizações podem ser unidos em um único método para aquecimento particularmente eficiente de um material através de micro-ondas, que compreende as etapas de:[0069] In accordance with this third embodiment of the present invention, it is clarified that the methods linked to the first and second embodiments can be combined in a single method for particularly efficient heating of a material by microwave, which comprises the steps in:
[0070] - refletir ao menos parte das ondas eletromagnéticas emiti das pela fonte 30 em ao menos uma porção da parede 11 inclinada em um ângulo T agudo formado em relação a uma linha de centro vertical Y de referência da cavidade principal 1; e[0070] - reflect at least part of the electromagnetic waves emitted by the
[0071] - refletir ao menos parte das ondas eletromagnéticas emiti das pela fonte 30 em ao menos uma porção de uma cavidade auxiliar 20 disposta no interior da cavidade principal 10 e no intermédio entre a fonte 30 e a porção exterior 3.[0071] - reflect at least part of the electromagnetic waves emitted by the
[0072] Apresentadas três concretizações possíveis do dispositivo 1 da presente invenção, apresentam-se abaixo características do dispositivo 1 que podem ser aplicadas a qualquer uma das concretizações, de forma opcional, para obtenção de diferentes efeitos benefícios em sua funcionalidade e uso.[0072] Presented three possible embodiments of
[0073] De forma opcional e aplicável em qualquer uma das concretizações supracitadas, o dispositivo 1 pode compreender, em ao menos uma parede da cavidade principal 10, um elemento de imã permanente 22, por exemplo, composto de ferrite ou neodímio. Este imã 22 tem por objetivo alterar o curso de ao menos parte das ondas eletromagnéticas, especificamente as ondas magnéticas, emitidas pela fonte 30, de forma a complementar a dispersão das ondas sobre o produto de interesse. O imã 22 pode ser, por exemplo, disposto nas porções inclinadas das paredes 11 do dispositivo 1, e em diferentes alturas para obtenção de diferentes efeitos de alteração de curso de onda eletromagnética dependendo da aplicação desejada.[0073] Optionally and applicable in any of the aforementioned embodiments,
[0074] Para melhor entendimento dos efeitos da inclusão do imã no dispositivo 1 da presente invenção, esclarece-se que as ondas eletromagnéticas que são constituídas por ondas elétricas e ondas magnética, que se propagam ortogonalmente. Ao se aplicar o imã no dis-positivo 1 da presente invenção, a onda magnética polo norte é atraída pelo imã polo sul, até a direção da parede, refletindo e mudando a trajetória da onda magnética. A onda polo sul é atraída pelo imã polo norte, refletindo e mudando a trajetória da onda magnética.[0074] For a better understanding of the effects of including the magnet in
[0075] Concordantemente, qualquer um dos métodos supracitados pode compreender ainda uma etapa de:[0075] Accordingly, any of the aforementioned methods can also comprise a stage of:
[0076] - alterar o curso de pelo menos parte das ondas eletromag néticas emitidas pela fonte 30 através de um elemento de imã permanente 22 disposto em ao menos uma parede da cavidade principal 10.[0076] - change the course of at least part of the electromagnetic waves emitted by the
[0077] Cada concretização o dispositivo 1 aqui citada pode também compreende uma projeção 13 disposta na porção inferior de sua ou suas paredes 11 e, preferencialmente, projetada paralelamente à linha vertical Y de referência, mais preferencialmente envolvendo todo o perímetro da cavidade principal 10, tal como uma “saia”. Esta projeção 13 tem por objetivo impedir que as ondas eletromagnéticas saiam para fora p perímetro da cavidade[0077] Each embodiment the
[0078] Desta forma, o dispositivo 1 da presente invenção em suas concretizações aqui mostradas é capaz de dispersar de forma eficiente as ondas eletromagnéticas emitidas pela fonte 30, seja pela sua reflexão das paredes inclinadas da cavidade principal 10, seja pela sua reflexão na cavidade auxiliar 20, permitindo assim o aquecimento homogêneo do material de interesse e garantindo a viabilidade do uso de ondas eletromagnéticas para aquecimento/secagem de produtos. Particularmente, o dispositivo 1 da presente invenção é vantajosamente aplicável a câmaras para aquecimento/secagem de produtos de minério, visto que permitem substituir o uso de geradores de calor por queima de combustíveis tal como o carvão, gás natural e óleo pesado, trazendo vantagens relevantes do ponto de vista ecológico.[0078] Thus, the
[0079] Concordantemente, a presente invenção também se refere a uma câmara 100 para aquecimento de material através de micro- ondas que compreende um dispositivo tal como o supracitado em qualquer uma de suas concretizações. Como pode ser visto na figura 14, a câmara 100 pode, por exemplo, ser composta de paredes laterais 110 e uma parede superior 120, possuindo a porção inferior aberta para passagem das ondas eletromagnéticas. No interior das paredes 110, 120, dispõe-se ao menos um dispositivo 1 tal como o supracitado em qualquer uma de suas concretizações, e preferencialmente múltiplos dispositivos 1 dispostos em série. O número de dispositivos 1 inseridos na câmara 100 depende de variados fatores tais como o material a ser aquecido, a temperatura necessária de aquecimento final do produto etc.Accordingly, the present invention also relates to a
[0080] Adicionalmente, a presente invenção também se refere a um sistema 200 para aquecimento de material por micro-ondas que compreende uma câmara 100 tal como a supracitada. O sistema 200 é ilustrado em uma configuração preferencial, mas não obrigatória, nas figuras 15 e 16, onde se pode observar que o mesmo compreende um transportador 201 de material M a ser aquecido e uma zona de alimentação de material B sobre o transportador 201. O sistema compreende ainda uma zona de aquecimento de material A, sendo que a zona de alimentação de material B é disposta anteriormente à zona de aquecimento de material A, onde a zona de aquecimento de material A compreendendo ao menos uma câmara 100 tal como a supracitada.[0080] Additionally, the present invention also relates to a
[0081] De forma opcional, o sistema 200 compreende placas de material dielétrico 202 (ou seja, placas de material com alta propriedade dielétrica) dispostas sobre o transportador 201 e uma zona de aquecimento de placa C, onde a zona de alimentação de material B é disposta no intermédio entre a zona de aquecimento de placa Cea zona de aquecimento de material A. Ainda, a zona de aquecimento de placa C compreende ao menos um câmara 100 tal como a supracitada.[0081] Optionally,
[0082] De forma preferencial, mas não obrigatória, o transportador 201 é um transportador de grelhas, e a placa de material dielétrico 202 é composta por material refratário de alta propriedade dielétrica, podendo ser, por exemplo, carbeto de silício, compostos de dióxido manganês (MnO2) ou (CaMn7O12), ou ainda Titanato de Bario.[0082] Preferably, but not mandatory,
[0083] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.[0083] Having described a preferred embodiment example, it should be understood that the scope of the present invention covers other possible variations, being limited only by the content of the appended claims, including the possible equivalents therein.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR122020013962A2 true BR122020013962A2 (en) | 2020-09-15 |
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