BR202020012873U2 - supersonic ultra cavitation vaporizer and steam generation process - Google Patents
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Abstract
“VAPORIZADOR DE ULTRA CAVITAÇÃO SUPERSÔNICO E PROCESSO PARA GERAÇÃO DE VAPOR” O vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) é proposto para poder ser utilizado na geração de vapor para emprego como força para produzir energia elétrica, sendo caracterizado ser configurado para incorporar uma primeira câmara indicada pela referência (C1) que corresponde a porção tubular (6D) do eixo (6), ao passo que a segunda câmara (C2) está definida entre a parede externa da porção tubular (6D) do eixo (6) e a parede interna do primeiro cilindro (11), enquanto que a terceira câmara (C3) está definida entre a parede externa do primeiro cilindro (11) e a parede interna do segundo cilindro (12) e por fim a quarta câmara (C4) está definida entre a parede externa do segundo cilindro (12) e a parede interna da carcaça tubular estática (1). O (VUCS) ora proposto resulta em uma nova solução para a geração de vapor, mediante emprego de um vaporizador de ultra cavitação supersônico, o qual permite que seja produzido vapor superaquecido com vazão e pressão controlados e de forma ecologicamente correta, conforme a necessidade, por meio de diversos fenômenos físicos associados, sem a utilização de combustíveis fósseis ou outra forma externa e direta de calor.“SUPERSONIC ULTRA CAVITATION VAPORIZER AND STEAM GENERATION PROCESS” The supersonic ultra cavitation vaporizer (VUCS) is proposed to be used in the generation of steam for use as a force to produce electrical energy, being characterized to be configured to incorporate a first chamber indicated by the reference (C1) corresponding to the tubular portion (6D) of the shaft (6), whereas the second chamber (C2) is defined between the outer wall of the tubular portion (6D) of the shaft (6) and the inner wall of the first cylinder (11), while the third chamber (C3) is defined between the outer wall of the first cylinder (11) and the inner wall of the second cylinder (12) and finally the fourth chamber (C4) is defined between the outer wall of the second cylinder (12) and the inner wall of the static tubular housing (1). The (VUCS) now proposed results in a new solution for steam generation, using a supersonic ultra cavitation vaporizer, which allows superheated steam to be produced with controlled flow and pressure and in an ecologically correct manner, as needed, through various associated physical phenomena, without the use of fossil fuels or other external and direct form of heat.
Description
[001] O presente relatório descritivo trata de um pedido de Patente de Invenção que propõe um equipamento vaporizador de ultra cavitação supersônico, o que produz vapor que pode ser utilizado, por exemplo, para produzir energia elétrica. PREÂMBULO[001] This specification describes a patent application that proposes a supersonic ultra-cavitation vaporizer equipment, which produces steam that can be used, for example, to produce electrical energy. PREAMBLE
[002] Este pedido de Patente de Invenção propõe uma nova solução para a geração de vapor, mediante emprego de um vaporizador de ultra cavitação supersônico, o qual permite que seja produzido vapor superaquecido com vazão e pressão controlados e de forma ecologicamente correta, conforme a necessidade, por meio de diversos fenômenos físicos associados, sem a utilização de combustíveis fósseis ou outra forma externa e direta de calor. O presente pedido de Patente de Invenção propõe também o processo de produção de vapor mediante emprego do vaporizador de ultra cavitação supersônico.[002] This patent application proposes a new solution for steam generation, using a supersonic ultra cavitation vaporizer, which allows superheated steam to be produced with controlled flow and pressure and in an ecologically correct manner, according to necessity, through various associated physical phenomena, without the use of fossil fuels or other external and direct form of heat. The present patent application also proposes the steam production process using the supersonic ultra cavitation vaporizer.
[003] Desde o final século XVIII a humanidade tem utilizado as máquinas a vapor para desenvolver trabalho nas suas mais diversas modalidades tais como a movimentação de máquinas industriais, tração de veículos e em especial para acionar os geradores de energia elétrica, uma vez que a eletricidade se tornou um produto básico para a vida e a economia da sociedade moderna.[003] Since the end of the 18th century, mankind has used steam engines to develop work in its most diverse modalities such as the movement of industrial machines, vehicle traction and, in particular, to activate electric energy generators, since the electricity has become a staple product for the life and economy of modern society.
[004] Para se conseguir o vapor d'água, atualmente é utilizado o método de aquecimento da água por fontes de calor externas, tais como queimadores de combustíveis ou até reatores nucleares.[004] To obtain water vapor, the method of heating water by external heat sources, such as fuel burners or even nuclear reactors, is currently used.
[005] A figura 1 ilustra, de forma esquemática e a título de exemplo, um esquema básico de uma usina termoelétrica a combustível fóssil pertencente ao estado da técnica, onde é gerado vapor para ao final ser produzida eletricidade.[005] Figure 1 illustrates, schematically and by way of example, a basic schematic of a fossil fuel thermoelectric plant belonging to the state of the art, where steam is generated in the end to produce electricity.
[006] Na mencionada figura 1, à esquerda, estão representados os tipos de combustível (bloco A1), o qual compreende a representação do carvão (A2), óleo (A3) e o gás (A4), sendo representada ainda uma câmara de combustão (A5), na qual os mencionados combustíveis são queimados para produzir calor e a partir da qual são emitidos, invariavelmente, gases e partículas poluentes (A6).[006] In the aforementioned figure 1, on the left, the types of fuel (block A1) are represented, which comprises the representation of coal (A2), oil (A3) and gas (A4), and a chamber of combustion (A5), in which the aforementioned fuels are burned to produce heat and from which polluting gases and particles are invariably emitted (A6).
[007] O calor (A7) gerado pela câmara de combustão (A5) é direcionado a uma caldeira (A8), para a qual também é alimentada pela água armazenada em um tanque (A9). A água, em função do calor (A7) direcionado para a caldeira (A8) é transformada em vapor (A10), vapor que é então direcionado para uma turbina a vapor (A11), a qual, com seu giro, aciona um gerador (A12) que transforma a energia mecânica do giro da turbina (A11) em eletricidade para uso prático.[007] The heat (A7) generated by the combustion chamber (A5) is directed to a boiler (A8), to which it is also fed by the water stored in a tank (A9). The water, due to the heat (A7) directed to the boiler (A8) is transformed into steam (A10), steam that is then directed to a steam turbine (A11), which, with its rotation, drives a generator ( A12) that transforms the mechanical energy of the turbine turning (A11) into electricity for practical use.
[008] O ciclo da água no sistema retratado na figura 1 determina ainda a adoção de um condensador (A13) para o qual o vapor, após passar pela turbina a vapor (A11), é direcionado. No condensador (A13) o vapor resfria, volta à condição de água líquida e essa água é então direcionada ao tanque de água (A9) para ser novamente reutilizada por vários ciclos.[008] The water cycle in the system depicted in figure 1 also determines the adoption of a condenser (A13) to which the steam, after passing through the steam turbine (A11), is directed. In the condenser (A13) the steam cools, returns to the condition of liquid water and this water is then directed to the water tank (A9) to be reused again for several cycles.
[009] Outro exemplo do estado da técnica com respeito a uma modalidade de geração de eletricidade a partir da produção de vapor pode ser apreciada na figura 2, a qual retrata um esquema básico de uma usina termonuclear.[009] Another example of the state of the art with respect to a modality of electricity generation from the production of steam can be seen in figure 2, which depicts a basic scheme of a thermonuclear plant.
[010] Na mencionada figura 2 está esquematicamente retratado um reator nuclear (A14), o qual gera igualmente calor (A7),o qual, tal como no caso do exemplo da figura 1 (usina termoelétrica), é direcionado para uma caldeira (A8) para a qual também é alimentada água armazenada em um tanque (A9), tal como o verificado na figura 1. A água, em função do calor do reator nuclear (A7) direcionado para a caldeira (A8) é transformada em vapor (A10), vapor que é então direcionado para uma turbina a vapor (A11), a qual, com seu giro, aciona um gerador (A12) que transforma a energia mecânica do giro da turbina (A11) em eletricidade para uso prático da mesma forma que o verificado no exemplo retratado na figura 1.[010] In the aforementioned figure 2, a nuclear reactor (A14) is schematically depicted, which also generates heat (A7), which, as in the case of the example in figure 1 (thermoelectric plant), is directed to a boiler (A8 ) to which water stored in a tank (A9) is also fed, as shown in figure 1. The water, as a function of the heat from the nuclear reactor (A7) directed to the boiler (A8), is transformed into steam (A10 ), steam that is then directed to a steam turbine (A11), which, with its spin, drives a generator (A12) that transforms the mechanical energy of the turbine spin (A11) into electricity for practical use in the same way as the one verified in the example shown in figure 1.
[011] Ainda de forma idêntica ao verificado na figura 1, também no caso da figura 2, o ciclo da água no sistema, demanda a adoção de um condensador (A13) para o qual o vapor (A10), após passar pela turbina a vapor (A11), é direcionado. No condensador (A13) o vapor resfria, volta à condição de água líquida e essa água é então direcionada ao tanque de água (A9) para ser novamente reutilizada por vários ciclos.[011] Still in the same way as in figure 1, also in the case of figure 2, the water cycle in the system, demands the adoption of a condenser (A13) for which the steam (A10), after passing through the turbine at steam (A11), is directed. In the condenser (A13) the steam cools, returns to the condition of liquid water and this water is then directed to the water tank (A9) to be reused again for several cycles.
[012] O Titular declara que desconhece equipamentos análogo, bem como patentes que tratam do mesmo. PROBLEMAS DO ESTADO DA TÉCNICA[012] The Holder declares that he is unaware of similar equipment, as well as patents dealing with it. PROBLEMS OF THE STATE OF THE TECHNIQUE
[013] Os dois exemplos citados e retratados de obtenção de eletricidade a partir da geração e uso de vapor (figuras 1 e 2) são bastante difundidos e utilizados em escala mundial, mas apresentam inconvenientes, entre os quais estão o uso de fontes de calor em consonância com equipamentos de operação complicada e perigosa como as caldeiras e reatores nucleares.[013] The two examples cited and portrayed of obtaining electricity from the generation and use of steam (figures 1 and 2) are widespread and used on a worldwide scale, but have drawbacks, among which are the use of heat sources in line with complicated and dangerous operation equipment such as nuclear boilers and reactors.
[014] Além disso, tanto os combustíveis fósseis quanto os nucleares também são ambientalmente condenáveis porque geram poluição e são produtores de gases de efeito estufa, no caso das caldeiras convencionais, ou geram resíduos radioativos, no caso das caldeiras aquecidas por reatores nucleares.[014] In addition, both fossil and nuclear fuels are also environmentally condemnable because they generate pollution and produce greenhouse gases in the case of conventional boilers, or generate radioactive waste in the case of boilers heated by nuclear reactors.
[015] Vale lembrar que hoje, mundialmente, a maior parte da energia elétrica consumida pela sociedade é gerada por termoelétricas de vapor superaquecido movidas a combustíveis fósseis, o que muito contribui para o fenômeno do aquecimento global.[015] It is worth remembering that today, worldwide, most of the electric energy consumed by society is generated by superheated steam thermoelectric powered by fossil fuels, which greatly contributes to the phenomenon of global warming.
[016] O presente pedido de Patente de Invenção objetiva propor um equipamento vaporizador de água por ultra cavitação supersônica, o que produz vapor que pode ser utilizado, por exemplo, para produzir energia elétrica de uma forma mais eficiente e ecologicamente correta, dentre outras tantas utilidades.[016] The present application for an Invention Patent aims to propose a water vaporizer equipment by supersonic ultra cavitation, which produces steam that can be used, for example, to produce electricity in a more efficient and ecologically correct way, among many others utilities.
[017] Consiste ainda em mais um objetivo deste pedido de Patente de Invenção propor um equipamento vaporizador de ultra cavitação supersônico que apresenta um projeto simples e funcional, o qual pode ser produzido e colocado em uso em larga escala com enormes vantagens sobre os sistemas atuais de geração de energia elétrica a partir de acionamento de turbina movida a vapor, atendendo totalmente aos conceitos de geração de energia elétrica distribuída e inteiramente sustentável.[017] It is yet another objective of this patent application to propose a supersonic ultra cavitation vaporizer equipment that presents a simple and functional design, which can be produced and put to use on a large scale with enormous advantages over current systems. electric power generation from steam turbine drive, fully meeting the concepts of distributed and entirely sustainable electric power generation.
[018] Constitui também um objetivo deste pedido de Patente de Invenção o processo de geração de vapor super aquecido e que ocorre no equipamento vaporizador de água por ultra cavitação supersônica.[018] The process of generating superheated steam, which occurs in water vaporizer equipment by supersonic ultra cavitation, is also an objective of this patent application.
[019] O equipamento objeto deste pedido de Patente de Invenção consiste em uma câmara cilíndrica estática (carcaça) hermeticamente fechada, que contém um conjunto girante formado por um rotor de eixo parcialmente oco e perfurado no trecho interno ao rotor e a outra parte maciça onde é fixado o acoplamento de acionamento.[019] The equipment object of this patent application consists of a hermetically closed static cylindrical chamber (housing), which contains a rotating assembly formed by a partially hollow shaft rotor and drilled in the internal portion of the rotor and the other solid part where the drive coupling is fixed.
[020] Esse eixo é envolvido por dois cilindros concêntricos de diâmetros diferentes, também perfurados e fechados em ambas as laterais formando, deste modo, quatro câmaras de reação. O conjunto do eixo envolvido pelos cilindros concêntricos é denominado rotor.[020] This axis is surrounded by two concentric cylinders of different diameters, also perforated and closed on both sides, thus forming four reaction chambers. The shaft assembly involved by the concentric cylinders is called a rotor.
[021] De modo objetivo, o equipamento aqui proposto é um vaporizador de ultra cavitação supersônico, o qual opera a partir de um suprimento de água que é alimentado em um turbo compressor aerador que é mecanicamente acionado por um motor, sendo que a água, após passar pelo turbo compressor aerador é direcionada ao vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS), onde é transformada em vapor superaquecido, sendo então direcionado a uma turbina a vapor que é utilizada para acionar um gerador; o VUCS é mecanicamente conectado a um redutor o qual, por sua vez, é mecanicamente conectado a um segundo motor. O vapor superaquecido, após acionar a turbina a vapor é direcionado a um condensador. No condensador, o vapor superaquecido resfria, volta à condição de água líquida e essa água é então direcionada ao tanque de água (A9) para ser novamente reutilizada por vários ciclos.[021] In an objective way, the equipment proposed here is a supersonic ultra cavitation vaporizer, which operates from a water supply that is fed into a turbocharger aerator that is mechanically driven by an engine, with water, after passing through the turbocharger aerator it is directed to the supersonic ultra cavitation vaporizer (VUCS), where it is transformed into superheated steam, then being directed to a steam turbine that is used to drive a generator; the VUCS is mechanically connected to a gearbox which, in turn, is mechanically connected to a second motor. The superheated steam, after starting the steam turbine, is directed to a condenser. In the condenser, the superheated steam cools, returns to the condition of liquid water and this water is then directed to the water tank (A9) to be reused again for several cycles.
[022] O presente pedido de Patente de Invenção objetiva o emprego do vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) para permitir a produção de vapor mediante acionamento do vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) com o giro do seu rotor em altíssima velocidade, onde é injetado na suas câmaras, de forma conveniente, água aerada e pelos fenômenos físicos que ocorrem no seu interior ocasionam, simultaneamente, a dissipação de calor no meio e a vaporização da água, evitando a queima de combustíveis fósseis para tal e assim, não gerando Gases de Efeito Estufa e operando de forma muito mais segura, sem o risco de explosões das caldeiras tradicionais.[022] The present patent application aims at employing the supersonic ultra cavitation vaporizer (VUCS) to allow the production of steam by activating the supersonic ultra cavitation vaporizer (VUCS) with the rotation of its rotor at very high speed, where aerated water is conveniently injected into your chambers and the physical phenomena that occur inside it simultaneously cause heat dissipation in the environment and water vaporization, avoiding the burning of fossil fuels for this and thus, not generating Greenhouse gases and operating in a much safer way, without the risk of explosions from traditional boilers.
[023] O vaporizador de ultra cavitação supersônico objeto deste pedido de Patente de Invenção será perfeitamente entendido em todos os seus detalhes através do conjunto de desenhos que ilustram esta patente, onde: A figura 1 ilustra, a título de exemplo, um esquema de funcionamento de uma usina termoelétrica; A figura 2 ilustra, também a título de exemplo, um esquema de funcionamento de uma usina termonuclear; A figura 3 ilustra, de forma esquemática, o funcionamento do vaporizador de ultra cavitação supersônico na geração de eletricidade; A figura 4 ilustra uma vista parcialmente explodida do vaporizador de ultra cavitação supersônico objeto deste pedido de Patente de Invenção, onde as tampas da carcaça tubular estática e as tampas do rotor (somente uma tampa do rotor está visível nesta figura) que fica montado no interior da carcaça estão em afastamento mútuo; A figura 4A ilustra uma vista isolada da superfície externa do rotor (primeiro cilindro), o qual é tomado separadamente; A figura 4B ilustra um detalhe ampliado tomado da figura 4A; A figura 4C ilustra um detalhe ampliado tomado do detalhe ampliado retratado na figura 4, onde é ilustrado o perfil de um componente elíptico em relevo e com formato de concha, integrante de padrão de superfícies que recobrem a parede do segundo cilindro; A figura 5 ilustra uma vista frontal do vaporizador de ultra cavitação supersônico; A figura 6 ilustra uma vista lateral do vaporizador de ultra cavitação supersônico; A figura 7 ilustra uma vista superior do vaporizador de ultra cavitação supersônico, onde são indicadas duas linhas de corte, uma linha de corte “A”-“A” em sentido transversal e uma linha de corte em sentido longitudinal; A figura 8 ilustra uma vista em corte do vaporizador de ultra cavitação supersônico, tal como o indicado pela linha de corte “A”-“A” da figura 7; A figura 9 ilustra uma vista em corte do vaporizador de ultra cavitação supersônico, tal como o indicado pela linha de corte “B”-“B” da figura 7; Afigura 10 ilustra uma vista lateral do vaporizador de ultra cavitação supersônico em conjunto operacional; e A figura 11 ilustra uma vista superior do vaporizador de ultra cavitação supersônico também em conjunto operacional. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO[023] The supersonic ultra-cavitation vaporizer object of this patent application will be perfectly understood in all its details through the set of drawings that illustrate this patent, where: Figure 1 illustrates, by way of example, a working scheme of a thermoelectric plant; Figure 2 illustrates, also by way of example, a diagram of the operation of a thermonuclear plant; Figure 3 illustrates, schematically, the operation of the supersonic ultra cavitation vaporizer in generating electricity; Figure 4 illustrates a partially exploded view of the supersonic ultra cavitation vaporizer object of this patent application, where the caps of the static tubular housing and the rotor caps (only one rotor cap is visible in this figure) that is mounted inside of the carcass are in mutual distance; Figure 4A illustrates an isolated view of the external surface of the rotor (first cylinder), which is taken separately; Figure 4B shows an enlarged detail taken from figure 4A; Figure 4C illustrates an enlarged detail taken from the enlarged detail depicted in figure 4, where the profile of an elliptical component in relief and with a shell shape, part of the pattern of surfaces that cover the wall of the second cylinder, is illustrated; Figure 5 shows a front view of the supersonic ultra cavitation vaporizer; Figure 6 shows a side view of the supersonic ultra cavitation vaporizer; Figure 7 illustrates a top view of the supersonic ultra cavitation vaporizer, where two cut lines are indicated, a cut line “A” - “A” in a transversal direction and a cut line in a longitudinal direction; Figure 8 illustrates a cross-sectional view of the supersonic ultra-cavitation vaporizer, as indicated by the cut line “A” - “A” of figure 7; Figure 9 illustrates a cross-sectional view of the supersonic ultra-cavitation vaporizer, as indicated by the cut line “B” - “B” of figure 7; Figure 10 illustrates a side view of the supersonic ultra cavitation vaporizer in an operational set; and Figure 11 illustrates a top view of the supersonic ultra cavitation vaporizer also in an operational set. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[024] O equipamento aqui proposto é um vaporizador de ultra cavitação supersônico, o qual tem sua forma de utilização prática retratada, de forma elementar, na figura 3, onde pode ser notado que o suprimento de água A9 é alimentado em um turbo compressor aerador A15 que é mecanicamente acionado por um motor A16, sendo que a água, após passar pelo turbo compressor A15 é direcionada ao vaporizador de ultra cavitação supersônico VUCS, onde é transformada em vapor superaquecido A17, sendo então direcionado a uma turbina a vapor A11 que é utilizada para acionar um gerador A12. O VUCS é mecanicamente conectado a um redutor A18 o qual, por sua vez, é mecanicamente conectado a um segundo motor A19. O vapor superaquecido A17, após acionar a turbina a vapor A11 segue o caminho comum aos sistemas convencionais, ou seja, é direcionado a um condensador A13. No condensador A13 o vapor superaquecido A17 resfria, volta à condição de água líquida e essa água é então direcionada ao tanque de água A9 para ser novamente reutilizada por vários ciclos.[024] The equipment proposed here is a supersonic ultra cavitation vaporizer, which has its form of practical use depicted, in an elementary way, in figure 3, where it can be noted that the water supply A9 is fed into an aerator turbo compressor A15 which is mechanically driven by an A16 engine, and the water, after passing through the A15 turbo compressor, is directed to the VUCS supersonic ultra cavitation vaporizer, where it is transformed into superheated steam A17, then being directed to a steam turbine A11 which is used to drive an A12 generator. The VUCS is mechanically connected to an A18 gearbox which, in turn, is mechanically connected to a second A19 motor. The superheated steam A17, after activating the steam turbine A11 follows the path common to conventional systems, that is, it is directed to a condenser A13. In condenser A13 the superheated steam A17 cools, returns to the condition of liquid water and this water is then directed to the water tank A9 to be reused again for several cycles.
[025] O presente pedido de Patente de Invenção objetiva o emprego do vaporizador de ultra cavitação supersônico VUCS para permitir a produção de vapor mediante acionamento do seu rotor em altíssima velocidade, onde é injetado na suas câmaras, de forma conveniente, água aerada e pelos fenômenos físicos que se desenvolvem no seu interior (cavitação e ondas de choque sub e supersônicas) ocorrem, simultaneamente, a dissipação de calor no meio e a vaporização da água, evitando a queima de combustíveis fósseis e assim, não gerando Gases de Efeito Estufa e operando de forma muito mais segura.[025] The present application for an Invention Patent aims at the use of the supersonic ultra-cavitation vaporizer VUCS to allow the production of steam by activating its rotor at very high speed, where it is conveniently injected into your chambers, aerated water and hair. physical phenomena that develop inside (cavitation and sub and supersonic shock waves) occur simultaneously, the heat dissipation in the environment and the water vaporization, avoiding the burning of fossil fuels and thus, not generating Greenhouse Gases and operating much more safely.
[026] O vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS - Figura 4) apresenta uma carcaça cilíndrica estática 1, devidamente montada sobre uma base estável 2, sendo a referida carcaça tubular estática 1 fechada em seus dois extremos por tampas circulares 3 e 4, cada uma das quais contando com uma abertura circular central 5 para permitir que, para além das referidas tampas 3 e 4, estando a carcaça devidamente fechada pelas mesmas, os extremos do eixo 6 do equipamento possam ser conectados.[026] The supersonic ultra-cavitation vaporizer (VUCS - Figure 4) has a static
[027] As tampas 3 e 4 são hermeticamente fixadas por parafusos às bordas contornantes 10 que circundam as duas aberturas da carcaça tubular estática 1.[027] The
[028] A tampa 3 fica voltada para o extremo do eixo 6 especificamente indicado pela referência 6A, dito extremo 6A do eixo 6 sendo configurado de forma tubular (oca) permitindo assim injeção de água através do seu interior. Já o outro extremo do eixo 6 especificamente indicado pela referência 6B fica voltado para a tampa 4 é configurado de forma maciça, servindo de local para o acoplamento mecânico que promove o giro do eixo 6 como um todo.[028] The
[029] A região central do eixo 6, especificamente indicada pela referência 6C é até onde chega a porção tubular 6D do referido eixo, sendo que na citada porção central 6C está incorporado um padrão de orifícios 7.[029] The central region of
[030] O eixo 6 constitui a porção mais central de um rotor 8 que fica alojado no interior da carcaça tubular estática 1, o qual é fechado por duas tampas circulares 9, sendo que o mencionado rotor 8 ainda inclui um primeiro cilindro 11 ao redor do qual e de forma concêntrica está posicionado um segundo cilindro 12, sendo que tanto o primeiro cilindro 11, como também o segundo cilindro 12 tem suas respectivas superfícies cobertas por padrões de orifícios 7 de forma análoga ao verificado com relação à região central 6C do eixo 6.[030]
[031] A configuração da porção central 6C do eixo 6, bem como o primeiro cilindro 11 e o segundo cilindro 12 definem, quatro câmaras distintas as quais estão sequencialmente dispostas do centro para a periferia do rotor 8 e considerando ainda o espaço interno da carcaça tubular estática 1.[031] The configuration of the
[032] Assim sendo, no vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) está definida, como sendo a primeira câmara indicada pela referência C1 a porção tubular 6D do eixo 6, ao passo que a segunda câmara C2 está definida entre a parede externa da porção tubular 6D do eixo 6 e a parede interna do primeiro cilindro 11, enquanto que a terceira câmara C3 está definida entre a parede externa do primeiro cilindro 11 e a parede interna do segundo cilindro 12 e por fim a quarta câmara C4 está definida entre a parede externa do segundo cilindro 12 e a parede interna da carcaça tubular estática 1.[032] Therefore, in the supersonic ultra cavitation vaporizer (VUCS) the
[033] Ainda com relação à carcaça tubular estática 1, esta conta com uma tubulação radial 13, dotada de uma válvula 14, sendo a referida tubulação 13 a via de saída do vapor superaquecido produzido no interior do vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) mediante o processamento da água que adentra ao vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) por intermédio do extremo 6A do eixo 6 e que passa pela porção tubular 6D do referido eixo.[033] Still with regard to the static
[034] O vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS), pode ser apreciado, no que tange à sua construção interna, através da observação da figura 4, a qual retrata o mesmo em vista em perspectiva parcialmente explodida, onde pode ser observado que as tampas 3 e 4 da carcaça tubular estática 1, bem como as tampas 9 do rotor 8 (somente uma está visível) estão afastadas, permitindo assim a visualização da estrutura do rotor 8 particularmente no que concerne ao eixo 6, o primeiro cilindro 11 e o segundo cilindro 12, sendo possível ainda observar os padrões de orifícios 7 desses componentes.[034] The supersonic ultra-cavitation vaporizer (VUCS), can be appreciated, with regard to its internal construction, through the observation of figure 4, which portrays it in a partially exploded perspective, where it can be observed that the
[035] Já as figuras 5 e 6 ilustram o vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) em vistas frontal e lateral, onde pode ser notado o fato de que o referido vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) é um equipamento extremamente compacto.[035] Figures 5 and 6, on the other hand, illustrate the supersonic ultra-cavitation vaporizer (VUCS) in front and side views, where it can be noted that the referred supersonic ultra-cavitation vaporizer (VUCS) is an extremely compact equipment.
[036] A figura 7 retrata o vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) em vista superior, onde se pode ter a correta noção da proporção entre a carcaça tubular estática 1 e o eixo 6 que emerge da mesma pelo seus dois extremos, havendo a clara distinção do extremo 6A do eixo 6 por onde é alimentada água ao vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) em relação ao extremo 6B do mesmo eixo 6, o qual é mecanicamente conectado aos meios de acionamento (rotação) do rotor 8 do vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS).[036] Figure 7 depicts the supersonic ultra-cavitation vaporizer (VUCS) in top view, where one can have the correct notion of the ratio between the static
[037] Tal como visto nas figuras 4A, 4B e 4C, a superfície 15 do segundo cilindro 12 apresenta os já citados orifícios 7, sendo que entre cada duas alas dos mencionados orifícios 7 estão previstas superfícies em relevo 16 em formato de conchas elípticas.[037] As seen in figures 4A, 4B and 4C, the
[038] A figura 8 ilustra um corte transversal do VUCS ora proposto, onde a seta “X” indica o sentido geral do fluxo dentro da carcaça estática 1, passando pelo eixo 6, atravessando o rotor 8 como um todo e chegado tubulação radial 13.[038] Figure 8 illustrates a cross section of the VUCS now proposed, where the arrow “X” indicates the general direction of the flow inside the
[039] Em linhas gerais, o fluxo representado pela seta “X” indica uma sequência que tem início com a pressurização e aeração da água através do conjunto bomba d'água/aerador 24; entrada de água aerada e sob pressão calculada no interior (porção oca) do eixo 6; chegada do fluxo à primeira câmara C1 (eixo 6), onde na constância da rotação do rotor 8 ocorrem a cavitação e a aceleração da água aerada; na segunda câmara C2 tem continuidade a cavitação, bem como a aceleração de gotas de água e a vaporização; na terceira câmara C3 ocorrem a cavitação e aceleração das gotículas de água das moléculas de vapor, na presença de ondas de choque; na quarta câmara C4 ocorrem além da cavitação, a aceleração das partículas à velocidade supersônica na presença de ondas de choque nela causadas pela citada aceleração; a partir da quarta câmara o vapor super aquecido deixa o VUCS através da tubulação 13. A sequência relatada é expressada, de forma esquemática, pela seta de fluxo “X” indicada na figura 8. A mesma seta de fluxo “X” está indicada no corte do VUCS retratado na figura 9.[039] In general, the flow represented by the arrow “X” indicates a sequence that begins with the pressurization and aeration of the water through the water pump / aerator set 24; entry of aerated and pressure water calculated inside (hollow portion) of
[040] O vaporizador de ultra cavitação supersônico (VUCS) é em essência um dispositivo mecânico rotativo, cuja forma de montagem em conjunto operacional está retratada nas figuras 10 e 11.[040] The supersonic ultra-cavitation vaporizer (VUCS) is essentially a rotating mechanical device, whose assembly form is shown in figures 10 and 11.
[041] Na figura 10 pode ser observada uma vista lateral do vaporizador de ultra cavitação supersônico VUCS em conjunto operacional, onde pode ser constatado o fato de que o mesmo fica montado entre mancais 17, onde um dos mancais 17 está conectado a um variador de velocidade 18, sendo que o referido variador de velocidade 18 está conectado a um motor elétrico 19; entre o eixo do motor elétrico 19 e o variador de velocidade 18 e entre o variador de velocidade 18 e o eixo 6 do VUCS estão previstos acoplamentos 20.[041] In figure 10, a side view of the VUCS supersonic ultra cavitation vaporizer can be seen in an operational set, where it can be seen that it is mounted between
[042] Tanto os mancais 17, como também o variador de velocidade 18 e o motor elétrico 19 estão montados em respectivas bases 21 e 22.[042] Both the
[043] Um acoplamento 23 para entrada de água aerada é provido no extremo do eixo 6, tal como pode ser visto na figura 10 e também na figura 11, sendo que na figura 11 pode ser observada ainda a montagem do conjunto bomba d'água/aerador 24, o qual é formado por um aerador 25 acionado por um motor elétrico 26 e por uma bomba d'água 27, a qual estabelece conexão com o acoplamento 23 e também com um tanque de água 28.[043] A
[044] Deve ser ressaltado que o dimensionamento do presente equipamento, inclusive no tocante aos orifícios nos cilindros do seu rotor e ainda sua disposição são dependentes dos parâmetros de volume de vapor a ser produzido, motivo pelo qual os desenhos que ilustram o presente pedido de Patente de Invenção devem ser tomados de forma não limitativa.[044] It should be emphasized that the dimensioning of the present equipment, including with regard to the holes in the cylinders of its rotor and also its disposition, are dependent on the parameters of the volume of steam to be produced, which is why the drawings that illustrate the present request for Invention patents must be taken in a non-limiting way.
[045] Será a seguir descrito o processo de produção de vapor super aquecido através do emprego do VUCS.[045] The process of producing superheated steam using VUCS will be described below.
[046] Para a produção do vapor, é injetada água aerada sob pressão para dentro do equipamento pelo eixo oco 6 e esta, atravessando os orifícios 7 do eixo oco 6, ao passar da câmara de injeção (primeira câmara C1) para a segunda câmara C2 provoca a primeira série de cavitação e de pulverização, produzindo aí água pulverizada e já pré-aquecida e com alguma quantidade de vapor.[046] For the production of steam, aerated water is injected under pressure into the equipment through the
[047] Na segunda câmara C2, a água pulverizada e pré-aquecida é submetida a ondas de choque devido a alta velocidade de rotação do conjunto do rotor 8 e à pressão advinda da entrada de mais fluído pelo eixo 6 e daí empurrada para a terceira câmara C3 e ao passar pelos orifícios 7 do primeiro cilindro 11 do rotor 8 essa água pulverizada provoca a segunda sessão de cavitação (colapso das micro bolhas de ar e vapor existentes nas goticulas de água) nas paredes desses orifícios 7 e ainda sofre a ação da força centrífuga acelerando-a na passagem para a terceira câmara C3 e aí também recebe a adição de mais calor dissipado no fenômeno da cavitação, formando mais vapor nesta câmara e aumentando a temperatura e pressão do fluído como um todo. No interior da terceira câmara C3, esse fluído água/ar/vapor é submetido ao mesmo processo de ondas de choque que na segunda câmara C2.[047] In the second chamber C2, the sprayed and preheated water is subjected to shock waves due to the high speed of rotation of the
[048] Na passagem da mistura água/ar/vapor da terceira câmara C3 para a quarta câmara C4, além dos fenômenos físicos da cavitação e da aceleração centrífuga ela ainda é submetida às ondas de choque provocadas na superfície do segundo cilindro 12 do rotor 8 porque essa mistura, ao passar pelos orifícios 7 daquele (segundo cilindro 12 do rotor 8), será acelerado instantaneamente a uma velocidade supersônica, uma vez que a velocidade radial da superfície externa do rotor 8 deverá ser superior à velocidade do som. Assim, pelo somatório dos fenômenos ocorridos, com a dissipação do calor na mistura, toda água será transformada em vapor.[048] In the passage of the water / air / steam mixture from the third chamber C3 to the fourth chamber C4, in addition to the physical phenomena of cavitation and centrifugal acceleration it is still subjected to shock waves caused on the surface of the
[049] Para aumentar a eficiência do conjunto, aquecendo ainda mais o vapor na quarta câmara, antes de ser direcionado para a tubulação de saída 13, na superfície externa do segundo cilindro 12 do rotor 8 está previsto um conjunto de superfícies em relevo 16 em formato de conchas elípticas dispostos harmonicamente, criando um ambiente de grande difusão de milhões de ondas de choque supersônicas por segundo, que causam uma grande dissipação de calor, fenômeno similar ao que ocorre na superfície dos aviões quando voam em velocidade supersônica e tem a sua fuselagem fortemente aquecida.[049] To increase the efficiency of the set, by heating the steam in the fourth chamber even more, before it is directed to the
[050] Para que o sistema opere adequadamente, a água a ser injetada no VUCS deverá ser desmineralizada e ainda ser aerada antes da injeção utilizando-se de um compressor de ar 25.[050] For the system to operate properly, the water to be injected into the VUCS must be demineralized and still be aerated before injection using an
[051] A água aerada contribui para que se desenvolva o fenômeno da cavitação e por conseguinte, o aquecimento da água e a formação de mais micro bolhas de vapor nas gotas da própria água que, com isso, acarretará no aumento da cavitação no processo de passagem da mistura água/ar/vapor pelas câmaras e essa mistura, submetida ao ambiente de turbulência nas câmara, é aquecida ainda mais.[051] Aerated water contributes to the development of the cavitation phenomenon and, consequently, the heating of the water and the formation of more micro bubbles of vapor in the drops of the water itself, which, with this, will result in the increase of cavitation in the process of passage of the water / air / steam mixture through the chambers and this mixture, subjected to the turbulent environment in the chambers, is heated even more.
[052] Além da aeração, a própria passagem da mistura água/ar/vapor pelas câmaras, com as mudanças da velocidade e pressão da mistura, pelo princípio de BERNOULLI, irão ser formadas mais bolhas de vapor no fluído mais denso dela, ou seja, a água, e isso vai aquecendo-a e produzindo ainda mais vapor.[052] In addition to aeration, the very passage of the water / air / steam mixture through the chambers, with changes in the speed and pressure of the mixture, according to the BERNOULLI principle, more vapor bubbles will be formed in the denser fluid of the mixture, ie , the water, and that will heat it up and produce even more steam.
[053] O volume de vapor produzido depende do volume de água injetado. Se for utilizada, por exemplo, uma bomba de injeção de água com fluxo de 20m3/h teremos a produção de 20 Ton/h de vapor.[053] The volume of steam produced depends on the volume of water injected. If, for example, a water injection pump with a flow of 20m3 / h will produce 20 Ton / h of steam.
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