BR202012025888U2 - Dispositivo concentrador de sólidos solúveis - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS - É um dispositivo concentrador de sólidos solúveis que utiliza o processo de umidificação e desumidificação com reuso de calor latente de vaporização. A utilização deste dispositivo apresenta as seguintes vantagens: aproveitamento de calor em baixas temperaturas, reuso do calor latente de vaporização, baixo consumo energético, possibilidade de uso de fontes de energia renováveis como solar, geotérmica etc, baixo custo de operação. O dispositvo concentrador de sólidos solúveis pode ser usado em diversos processos industriais tais como: concentração de café solúvel, concentração de soda cáustica, concentração de sais etc. Este dispositivo se utilizado como dessalinizador de águas salobras ou salgadas torna-se uma importante ferramenta para o convívio com a seca nas regiões de clima árido e semi-árido, pois poderá com o uso de fontes alternativas de energia, produzir água em volume e custo suficientes para uso na irrigação de culturas agrícolas.

Description

“DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS”

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A presente patente de modelo de utilidade tem por objetivo um dispositivo concentrador de sólidos solúveis que utiliza o processo umidificação e desumidificação com reuso do calor latente de vaporização.

Diversos métodos de concentração de solúveis são conhecidos na literatura tais como: cristalização, osmose reversa, secagem por aspersão (spray drying), dessalinização dentre muitos outros.

A cristalização de sólidos solúveis pode ser alcançada pelo rebaixamento da temperatura ou pela evaporação do solvente. No rebaixamento da temperatura uma nova condição de saturação é alcançada em uma concentração menor, ocorrendo assim a 15 formação dos cristais. No caso da evaporação do solvente, apesar da temperatura ser um agente que favorece dissolução, a redução do solvente a valores inferiores ao da concentração de saturação faz com ocorra a formação de cristais. Devido ao efeito da temperatura, a probabilidade de ocorrer a formação de incrustação deve ser considerada no projeto.

O processo da osmose reversa utiliza membranas semipermeáveis por onde passa

a solução sob alta pressão. As membranas semipermeáveis permitem a passagem da água (solvente) e de uma pequena parte dos sólidos solúveis obtendo-se assim uma corrente de maior pureza e outra com uma concentração bastante elevada.

O secador por aspersão iiSpray dryer” é um equipamento que admite a 25 alimentação somente em estado fluido (solução, suspensão ou pasta) e a converte em uma forma particulada seca pela aspersão do fluido em um agente de secagem aquecido (usualmente o ar). Este secador tem sua utilização muito diversificada, podendo ser utilizado para produção de café solúvel até secagem pós cerâmicos que são prensados em velas de automóveis.

Um exemplo de aplicação do spray dryer ê o registrado na patente americana US005853698A de 1998, que trata de um método para fabricação de micro partículas porosas utilizando o spray drying para produção de contraste utilizado no diagnóstico por imagem.

O processo de dessalinização pode ser realizado por diversos métodos tais como: osmose reversa, eletro diãlise, evaporação de simples efeito, evaporação de múltiplos efeitos, flash de múltiplos estágios, compressão térmica de vapor, compressão mecânica de vapor, adsorção de vapor por compressão, compressão química de vapor, umidificação e desumidificação e etc.

A patente americana US20110174605A1 de 2011, trata de um sistema para dessalinização ou purificação de água por destilação de uma corrente atomizada. Após a vaporização das gotículas de água, a mistura de vapor e sais é conduzida a um separador ciclônico para remoção dos sais e em seguida para um trocador de calor onde a corrente é resfriada condensado os vapores de água.

A patente americana US3679375 de 1972, trata de um equipamento para cristalização e separação dos cristais de sal da salmoura envolvendo uma seqüência de aquecimento, evaporação e separação do sal da sua lama pelo uso de um separador ciclônico.

Diversos equipamentos de dessalinização por umidificação e desumidificação foram propostos e melhorados ao longo do tempo, todos apresentando vantagens e desvantagens. A seguir a descrição de diversas melhorias propostas e patentes de equipamentos e métodos de dessalinização via umidificação e desumidificação.

A patente americana US4077849 de 1978, trada de um equipamento para realizar a dessalinização. Este equipamento é composto basicamente por uma esteira rolante, uma câmara de aquecimento solar, câmara de evaporação, câmara de condensação e 25 calha de coleta de água destilada. Esferas de metal são continuamente aquecidas com eneigia solar e transportada para a câmara de evaporação onde água salgada é borrifada sobre elas causando a evaporação da água, após o resfriamento as esferas são transportada novamente para a câmara de aquecimento por energia solar. Os vapores de água são condensados na câmara de condensação, sendo recolhida com água 30 dessalinizada. A patente americana US4210494 de 1980, trata de um sistema de dessalinização solar. O sistema é composto basicamente por um tanque de água salgada com uma cobertura transparente por onde entra a luz solar para o aquecimento da água salgada em seu interior. Uma corrente de ar operando em circuito fechado é borbulhada na base to 5 tanque através de um distribuidor poroso. O ar saturado é retirado do tanque e levado a um condensador tubular. Os vapores condensados são recolhidos como água dessalinizada.

A patente americana US4267021 de 1981, trata de um método e equipamento para fazer a destilação solar, este equipamento utiliza o conceitos de destilação solar de simples efeito, o diferencial está na inclinação do equipamento que favorece ao fluxo laminar entre a superfície de evaporação e a de condensação. Esta modificação aumentou a eficiência do equipamento entre 10 e 15%.

A patente americana US4276122 de 1981, trata de um equipamento de destilação solar. Este equipamento utiliza uma lente para focar a luz do sol em um recipiente fechado para aquecimento da área de evaporação, a água salgada fornecida ao equipamento e evaporada, os vapores são condensados e recolhidos com água dessalinizada.

As patente americanas US4292136 de 1981 e US4383891 de 1983, tratam de um equipamento para dessalinização de água salobra ou salgada. Este equipamento 20 utilizada energia solar concentrada através de lentes do tipo fresnel e direcionada para a estufa de dessalinização. A lente concentradora possui mecanismo de rastreamento do movimento aparente do sol. Os vapores gerados são condensados, sendo a água produzida recolhida como água dessalinizada.

A patente americana US4504362 de 1985, trata de um método e equipamento 25 para dessalinização solar. Este equipamento utiliza um concentrador solar do tipo calha parabólica para fornecimento de energia na foma de calor para evaporar a água no interior do tubo coletor. O tubo coletor é mantido com volume inferior a sua capacidade total e controlado por meio de boías. Os vapores produzidos são condensados e recolhidos como água dessalinizada.

A patente americana US4525243 de 1985, trata do melhoramento de um equipamento para dessalinização para produção de água potável. Este equipamento utiliza vácuo associado a um vaporizador para vaporizar a água salgada em baixas temperatura, reduzindo consideravelmente a quantidade de energia requerida pelo processo e consequentemente o custo de produção da água dessalinizada.

A patente americana US4698135 de 1987, trata de um equipamento para realizar

a dessalinização de água salgada e seu uso na irrigação através de um sistema de gotejamento. O equipamento é composto por um evaporador, feito de material microporoso, hidrofóbico e permeável a gases que permite que o vapor de água difunda evitando o retomo de a água líquida condensada, e um sistema de condensação integrado.

A patente americana US4836891 de 1989, trata de um método para concentração de água salgada para salmoura utilizando o calor gerado pela queima combustível gasoso de forma semelhante as caldeiras convencionais. Um feixe de tubos aquecidos internamente pelos gases da combustão do combustível gasoso, transfere calor para sua 15 parte externa onde encontra-se a mistura de água salga e óleo extraída de poços de petróleo, através do efeito de termo sifão ocorre a circulação natural da salmoura garantindo assim a uniformidade de sua concentração.

A patente americana US4921580 de 1990, trata de um dessalinizador solar que usa um evaporador esférico formado por uma lente refletiva côncava para rastreamento da posição do sol. O vapor formando em seu interior é removido por uma bomba alimentada pela energia solar e levada a uma condensador, onde os vapores dágua condensados são recolhidos como água dessalinizada.

A patente americana US5405503 de 1995, trata de um processo e equipamento para dessalinização de água na produção de energia. Parte da água salgada é evaporada, 25 concentrando a salmoura que é removida do sistema. Os vapores são lavados com água fresca para remoção de resíduos de sais retornando a evaporação. Os vapores lavados levados são expandidos em uma turbina onde ocorre a geração de energia elétrica. Os vapores da exaustão da turbina são condensados, sendo uma parte destes utilizados como água dessalinizada, a outra parte é utilizado para lavagem dos vapor de água 30 produzido na evaporação. A patente americana US6494995B1 de 2002, trata de um dessalinizador solar composto por múltiplas células solares unidas formando uma rede de trocadores de calor dispostos na superfície da água do mar. No interior das células é criado vácuo parcial, os vapores são condensados e disposto entre as células. O calor obtido da condensação é 5 utilizado para aquecer a água salgada e para aumentar a a evaporação e consequentemente a produtividade.

Em 2003, E. Chafik publicou o artigo A New Type of Seawater Desalination Plants using Solar Energy, publicado na revista Desalination n° 156, Issues 1-3, pp. 333- 348, onde apresentou um novo processo de dessalinização da água do mar baseado no 10 método de HDH. Neste processo o ar é aquecido em coletores solar do tipo placa plana e posteriormente umidificado adiabaticamente. Cada estagio é composto de uma seção de aquecimento e uma de umidificação. A temperatura máxima alcançada pelo ar foi de aproximadamente 80°C. Foram utilizados dois equipamentos para realizar a umidificação, um tubo em “U” dotado de bicos injetores atomizadores e umidificador 15 de leito fixo por onde se recirculava água salgada. Posteriormente, o ar quente e úmido era resfriado, atingindo assim a saturação em uma temperatura menor, condensando o excesso de umidade como água dessalinizada.

A patente americana US6797124B2 de 2004, trata de uma unidade de destilação solar de simples efeito que utiliza o antracito como absorvedor de calor para melhorar o desempenho da unidade, aumentando o efeito estufa e desta forma aumentando a produtividade do equipamento.

A patente mais importante do método de dessalinização por umidificação e desumidificação é a patente americana US2005/0121304A1 de 2005, que trata de um método e equipamento que de, forma eficiente, separa (concentra, purifica, cristaliza e 25 fraciona) um componente de uma mistura de líquida. Pode ser usada também para a dessalinização através da transferência simultânea de calor e massa utilizando como gás de transporte o ar. Este método ficou conhecido como Dewvaporation e tem como principal característica a intensa reutilização de calor. O equipamento é dividido em duas zonas, a de evaporação e a de condensação. Na zona de evaporação o contato direto 30 entre a água salgada quente e o ar causa o seu aquecimento e umidificação. Na zona de condensação ocorre o resfriamento do ar úmido e quente vindo da zona de evaporação e a condensação do excesso de umidade. O calor liberado na condensação é transferido pela parede para a zona de evaporação, fazendo desta forma o reúso do energia. Neste equipamento a zona de evaporação e condensação dividem a parede do equipamento, de 5 um lado a água evapora e do outro condensa. Em suas publicações o autor desta patente, James R. Beckman (Dewvaporation Desalination 5,(X)O-Gallon-Per-Day Pilot Plant), utilizou placas de parede dupla extrudada em polipropileno para confecção da câmara de evaporação e condensação. Segundo o autor, a redução da condutividade era compensada pela baixo custo do material. Ele montou uma unidade de demostração cuja 10 produtividade diária de aproximadamente 19 m3. A unidade de demostração operava com rejeito salino da osmose reversa com concentração de sólidos totais dissolvidos de 2000 ppm concentrando-os a mais de 45.000 ppm. A água dessalinizada apresentava uma concentração de sólidos totais dissolvidos de aproximadamente 10 ppm.

A patente americana US007108769B1 de 2006, trata de um dessalinizador 15 composto por dois tubos horizontais um na superfície da terra e o outro debaixo. Os dois tubos horizontais são conectados pois dois tubos verticais de forma a fazer um percurso

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fechado de recirculação. O ar é soprador por dois ventiladores para fazer com que a água salgada dentro da tubulação enterrada seja evaporada e condensada na tubulação da superfície. A energia necessária para mover os ventiladores vem de painéis 20 fotovoltaicos.

Em 2006, o pesquisador M. Abdelkader em seu artigo intitulado Investigation of Multi-Effect Humidification (MEH) - Dehumidification Solar Desalination System Coupled With Solar Central Receiver, publicado no The 2nd International Conf. on Water Resources & Arid Environment, utilizou um torre central com 28 heliostatos para 25 aquecimento de uma corrente de água do mar para um método de dessalinização derivado do HDH chamado de MEH (Multi-effect humidification - dehumidification), este método consiste de duas câmaras, uma de evaporação por umidificação e outra de desumidificação dentro do mesmo equipamento, a umidade é transportada de uma câmara para a outra pelo movimento da massa de ar formada pela convecção natural. A 30 umidade condensada na câmara de condensação é recolhida como água dessalinizada. Duas importantes modificações realizadas pelo autor foram o aumento na área de refrigeração na câmara de desumidificação e concentração da luz solar diretamente na câmara de umidificação, tais modificações tiveram como conseqüência o aumento da produtividade do sistema em 22%.

A patente americana US2007007120A1 de 2007, é uma variação da patente

US2005/0121304A1 de 2005. Trata de um dessalinizador de água do mar onde parte da energia necessária à evaporação da água salgada é fornecida pela condensação dos vapores de água que escoam em contra corrente com a água de alimentação do sistema no trocador de calor. Uma quantidade adicional de energia é fornecida ao sistema, 10 através do aquecimento do ar úmido que deixa a câmara de evaporação, parte desse calor é recuperado durante a condensação da umidade presente no ar. O equipamento é composto por uma câmara de evaporação por onde circulam ar e água salgada e uma câmara de condensação, a câmara de condensação é envolvida pela câmara de condensação e ambas estão na horizontal. O ar é forçado por um ventilador e a água 15 escorre por gravidade, vários desse conjunto formam o dessalinizador.

A patente americana US007368039B2 de 2008, trata de destilador de parede úmida com compressão de vapor. O equipamento utiliza um trocador de calor rotatório formando múltiplas câmaras de evaporação nas quais a água a ser purificada é atomizada. Os vapores produzidos são comprimidos, a câmara de condensação esta 20 conectada pela parede da próxima câmara de evaporação fornecendo calor e ao mesmo tempo condensando os vapores de água e evaporando a água salga.

A patente americana US007334432B2 de 2008, trata de um processo de dessalinização que utiliza o congelamento da água salgada. Este processo é composto basicamente pelo congelamento da água salgada, divisão da água congelada em cubos e 25 a separação do sal do gelo da água pela uso de força centrífuga. Este processo apresenta as seguintes vantagens: menor número de passos de produção, rapidez, elevado percentual de produção, praticidade e maior eficácia podendo este método ser utilizado em pequena e grande escala.

A patente americana US007381310B2 de 2008, trata de um dessalinizador que utilizador que opera em baixa temperatura e recupera entalpia. Este equipamento utiliza o método de dessalinização por umidificação e desumidificação, ele é dotada de dua câmaras cilíndricas concêntricas, onde o cilindro de menor diâmetro é câmara de evaporação (umidificação) e o cilindro externo a câmara de condensação. As paredes das duas câmaras são isoladas para não ocorrer a troca de calor entre elas sendo necessário fornecimento externo de água para refrigeração.

A patente brasileira PI0902102-7 A2 de 2009, trata de um sistema de dessalinização com captação de energia solar contendo pré-aquecedor para aumento da eficiência calorífica com a possibilidade de geração de calor para processos agroindustriais e geração de energia elétrica utilizando concentrador de raios solares para a caldeira de aquecimento.

A patente americana US2010Q032280A1 de 2010, trata de uma torre destiladora de água do mar que utiliza uma corrente de ar quente que evapora parte da água na seção de evaporação. Na seção de condensação o ar é resfriando condensando a umidade e água dessalinizada. A refrigeração da câmara de condensação é realizada pela água fria coletada em regiões profundas do mar.

Em que pese à utilização dos métodos de concentração de sólidos solúveis anteriormente mencionados, alguns inconvenientes podem lhes ser atribuídos tais como: elevado consumo energético, alto custo de produção, baixa produtividade, elevada perda de carga exigindo motores mais potentes, descarte de rejeito líquido de elevada 20 concentração, etc. De um modo geral, a integração energética realizada atualmente nos processos industriais de concentração de sólidos solúveis é realizada utilizando-se técnicas já estabelecidas e descrita na literatura, sendo usual e largamente aceito a utilização de trocadores de calor para resfriar ou pré-aquecer a corrente de alimentação com a corrente de saída. Tais equipamentos apesar de necessários adicionam 25 ineficiências aos processos tornando-os onerosos do ponto de vista energético.

Tendo em vista os problemas dos concentradores de sólidos solúveis existentes e a impossibilidade de descartar o resíduo líquido concentrado, e com o propósito de superá-los, foi desenvolvido um dispositivo concentrador de sólidos solúveis que pode ser utilizado para purificar, cristalizar e fracionar um componente de uma mistura líquida podendo ser utilizado em diversos processos industriais tais: dessalinização de águas salobra e salgada, concentração de soda cáustica, concentração de café solúvel, concentração de leite etc.

A utilização desse dispositivo concentrador de sólidos solúveis, objeto desta patente, apresenta as seguintes vantagens: reduzido consumo energético, redução 5 significativamente na produção de rejeito líquido concentrado, pois parte dos sólidos solúveis pode ser recolhida na fase sólida como cristais, dispensa manutenção especializada, utiliza um método que imita o ciclo natural da água além de apresentar investimento inicial menor quando comparado como os diversos métodos de concentração de sólidos solúveis.

O dispositivo concentrador de sólidos solúveis, objetivo desta patente, necessita

de calor para promover a umidificação. Diversas fontes de calor podem ser utilizadas tais como: energia solar, água quente proveniente de algum processo, aquecimento elétrico, combustíveis fósseis etc. Quando utilizada energia solar ou outra fonte alternativa de calor, o custo de produção toma-se significativamente reduzido e pelo 15 exposto, se o dispositivo concentrador de sólido solúveis, objeto desta patente, for utilizado como dessalinizador, produzirá água a um custo significativamente reduzido tornando-se apto a fornecer água para uso inclusive na irrigação.

A figura 1 mostra o dispositivo concentrador de sólidos solúveis com injeção inferior de líquido e injeção tangencial inferior de gás.

A figura 2 mostra o dispositivo concentrador de sólidos solúveis com injeção

superior de líquido e entrada tangencial superior de gás.

A figura 3 mostra a câmara de umidificação com entrada tangencial inferior de gás e entrada inferior central de líquido.

A figura 4 mostra a câmara de umidificação com entrada superior tangencial de gás e entrada superior de líquido.

A figura 5 mostra a câmara de umidificação com entrada superior de líquido líquido e entrada tangencial inferior de gás.

Figura 6 mostra a visão superior da câmara de umidificação com entrada perpendicular de gás.

Figura 7 mostra a câmara de umidificação com entrada perpendicular inferior de gás e entrada superior de líquido.

A figura 8 mostra a câmara de umidificação com entrada de gás perpendicular a base da câmara de umidificação 1 próxima da saída de líquido concentrado 3.

A figura 9 mostra a câmara de umidificação com entrada perpendicular inferior de gás e entrada inferior central de líquido e distribuidor de gás.

De conformidade com o quanto ilustram as figuras 1 e 2 o dispositivo concentrador de sólidos solúveis, objeto da presente patente, consiste de uma ou mais câmaras de umidificação 1 e uma ou mais câmaras de desumidificação 7 acopladas em um único equipamento. A câmara de umidificação 1 é dotada de uma ou mais entradas 10 de gás 4, uma ou mais saídas da líquido concentrado 3, uma ou mais entradas de líquido 2, uma ou mais saída de gás úmido 12 e um ou mais tubos de descarga de gás 13. A câmara de desumidificação 7, é dotada de uma ou mais saídas de gás 5, uma ou mais saídas de líquido puro 6 e um ou mais conjuntos de superfícies extensoras 8 fixadas na parede externa da câmara de umidificação 1.

Após ser soprado pela entrada de gás 4 para o interior da câmara de

umidificação 1 e nesta aquecido e umidificado, o gás segue pela saída de gás úmido 12 para a câmara de desumidificação 7 onde entra em contato com o conjunto de superfícies extensoras 8, para quem cede calor e atinge uma nova condição psicrométrica numa temperatura inferior, condensando assim o excesso de umidade. Esta umidade condensada deixa a câmara de desumidificação 7 pelas saídas de líquido puro 6. O conjunto de superfícies extensoras 8 tem a finalidade de melhorar a troca térmica entre o ar úmido aquecido e a parede Ma da câmara de umidificação 1, pois como já é conhecido, o coeficiente convectivo de troca térmica dos gases é demasiadamente baixo em relação aos líquidos. O conjunto de superfícies extensoras 8 pode ter diversos formatos, entre elas aletas longitudinais, aletas helicoidais ou quaisquer outras formas desde que a função de trocar calor seja preservada. A entrada de gás 4 pode ser posicionada, em relação a câmara de umidificação 1, na tangente inferior como na figura 1, na tangente superior como na figura 2, na perpendicular inferior como mostram as figuras 6 e 7 e na perpendicular da superfície da base câmara de umidificação 1 do lado da saída de líquido concentrado 3 como na figura 8. De conformidade com o quanto ilustra a figura 3, a entrada de líquido 2 é acoplada à entrada do ramal de distribuição de líquido 9 e este ao conjunto de aspersores 10. A entrada de gás 4 pode ser posicionada na tangente inferior da câmara de umidificação I. Nesta configuração, o movimento circular ascendente do gás 5 produzirá uma elevada turbulência melhorando significativamente os coeficientes de transferência de calor e de massa entre o gás e a líquido aquecido.

De conformidade com o quanto ilustra a figura 4, a entrada de gás 4 pode ser posicionada na tangente superior da câmara de umidificação Iea entrada de líquido 2 posicionada logo acima da entra de gás 4. Para esta configuração é necessário a 10 presença do tubo de descarga de gás 13 mais conhecido como iiVortex finder” nos tradicionais separadores ciclônicos, pois é a presença deste dispositivo que garante que o gás não sairá diretamente pela saída de gás úmido 12, forçando-o a realizar o movimento circular descente e posteriormente ascendente, produzindo assim uma elevada turbulência melhorando significativamente os coeficientes de transferência de 15 calor e de massa entre o gás e o líquido aquecido bem como evitar o arraste de gotículas de líquido pelo efeito turbilhonar do gás.

De conformidade com o quanto ilustra a figura 5, a entrada de gás 4 pode ser posicionada na tangente inferior da câmara de umidificação 1 e a entrada de líquido 2, o ramal distribuidor de líquido 9 e o conjunto de aspersores 10 posicionados na parte 20 superior próximos a saída de gás úmido 12. O ramal distribuidor de líquido 9 pode ser de diversos formatos tais como: circular e linear desde que que o volume de gotículas produzidas ocupe o maior volume possível na câmara de umidificação I. Nesta configuração, devido a turbulência gerada haverá uma grande mistura do gás com o líquido melhorando os coeficientes de transferência de calor e massa.

De conformidade com o quanto ilustram as figuras 6 e 7, a entrada de gás 4 pode

ser posicionada na perpendicular inferior em relação a câmara de umidificação 1, podendo este ter ou não acoplado um distribuidor de gás para uniformizar o fluxo ascendente de gás na câmara de umidificação 1 como na figura 9.

De conformidade com o quanto ilustra a figura 8, a entrada de gás 4 pode ser posicionada na perpendicular da base da câmara de umidificação 1, próxima da saída de líquido concentrado 3. Nesta configuração de fluxo em contra corrente entre o líquido e o gás, os coeficientes de transferência de calor e massa são beneficiados são beneficiados em relação ao fluxo co-corrente.

De conformidade com o quanto ilustra a figura 9, para uniformizar a distribuição de líquido pode ser acoplado a entra de gás 4 um distribuidor de gás 11. Este distribuidor pode ter qualquer foma, desde que sua função de uniformizar o fluxo de gás seja preservada. Em todas as configurações de posicionamento perpendicular da entrada de gás 4 pode-se usar o distribuidor de gás 11.

Em todas as configurações de posicionamento da entrada de gás 4 e da entrada de líquido 2, deve-se ter especial cuidado para evitar o arraste de líquido, pois este poderá contaminar o líquido puro. Caso o arraste de gotas seja inevitável deve-se usar um dispositivo para reter as gotas, preferencialmente do tipo que cause pequena perda de carga.

O funcionamento do concentrador proposto será detalhado abaixo.

Na câmara de umidificação 1, o gás que foi soprado pela entrada de ar 4, entra

em contado com o líquido aquecido que foi dispersado em gotículas pelo conjunto de aspersores 10. As gotículas aquecidas entram em contato com o gás de menor temperatura e pressão de vapor transferindo calor e massa, aumentando a temperatura e a umidade do gás. A transferência de massa ocorrida entre as gotículas de líquido 20 aquecido e o gás ocorre por evaporação, sendo o calor necessário retirado do calor sensível do Mquido aquecido causando o seu resfriamento.

O líquido agora resfriado escoa pelas paredes da câmara de umidificação 1 e absorve parte do calor retirado da câmara de desumidificação 7, aumentando a taxa de evaporação e resfriando a câmara de desumidificação 7. O gás aquecido e úmido deixa a câmara de umidificação 1 pela saída de gás úmido 12 e segue para a câmara de desumidificação 7.

Na câmara de desumidificação 7, o gás entra em contato com as paredes resfriadas da superfície extensora 8 e da câmara de desumidificação 7 para quem transfere calor. Após o resfriamento, o gás atinge uma nova condição psicrométrica e condensa o excesso de umidade. O líquido condensado deixa a câmara de desumidificação 7 pela saída de líquido puro 6 e o gás resfriado e com menor teor de umidade absoluta deixa o sistema pela saída de gás 5. O gás que passa pela saída de gás 5 poderá retomar à câmara de umidificação 1 para reiniciar todo o processo de umidificação e desumidificação. A literatura especializada aponta aumento de 5 produtividade em dessalinizadores que utilizam a umidificação e desumidificação operando com recirculação do gás.

Durante o processo de concentração, o líquido concentrado poderá operar em circuito fechado, com recirculação total, sendo reposto apenas o volume de líquido que evaporou ao longo do tempo. Com o tempo, a concentração dos sólidos dissolvidos 10 aumentará até atingir um valor onde não seja mais viável continuar a concentração, nesse momento o volume de líquido concentrado deve ser drenado e no caso de um dessalinizador deve ser enviado para uma bacia de evaporação para posterior reaproveitamento dos sais em um outro processo. A literatura especializada mostra que é possível que haja formação de cristais na superfície das gotículas evitando assim a 15 formação de incrustação nas paredes do concentrador e tubulações.

Claims (6)

1. DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS compreendido por câmara de umidificação (1), entrada de líquido (2), saída de líquido concentrado (3), entrada de gás (4), saída de gás (5), saída de líquido puro (6), câmara de desumidificação (7), superfície extensora (8), ramal de distribuição de Hquido (9), conjunto de aspersores (10), distribuidor de gás (11), saída de gás úmido (12) e tubo de descarga de gás (13).

2. DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por promover a concentração de sólidos solúveis utilizando o processo de umidificação e desumidificação com reuso de calor latente de vaporização.

3. DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar o movimento turbulento do gás e do líquido para melhorar a transferência de calor e massa.

4. DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar superfícies extensoras para melhorar a transferência de calor entre o gás úmido e a câmara de umidificação (1).

5. DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por concentrar, purificar, cristalizar e fracionar um componente de uma mistura líquida podendo ser utilizado em diversos processos industriais.

6. DISPOSITIVO CONCENTRADOR DE SÓLIDOS SOLÚVEIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por utilizar diversas fontes de energia tais como: energias renováveis, água quente provenientes de algum processo gerador de calor, aquecimento elétrico, combustíveis fósseis e etc.