BRPI0720554B1

BRPI0720554B1 - elemento filtrante processo de fabricação de um elemento filtrante e método de filtração

Info

Publication number: BRPI0720554B1
Application number: BRPI0720554A
Authority: BR
Inventors: Dan Cloud; John A Krogue
Original assignee: Pecofacet Us Inc; Perry Equipment Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2016-03-08
Also published as: EP2086714A4; EP2086714A1; US20130277295A1; CA2671044A1; US8499939B2; CN101547767B; AU2007328314B2; AU2007328314A1; US8293106B2; MX2009005646A; BRPI0720554A2; WO2008069954A1; RU2456145C2; US20130008860A1; US20080128364A1; US8845899B2; CN102861480A; EP2703114A1; CN104587742B; CN102861480B

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTO FILTRANTE PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM ELEMENTO FILTRANTE E MÉTODO DE FILTRAÇÃO".

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a elementos filtrantes e a processos usados na fabricação dos mesmos.

ANTECEDENTES

[002] Há máquinas utilizadas para a fabricação de elementos filtrantes tubulares em um processo contínuo. A patente U.S. 4.101.423 descreve um elemento filtrante tubular feito em uma máquina de enro-lamento múltiplo de estágio único de camadas helicoidalmente enroladas e sobrepostas, tal como uma camada interna de papel altamente poroso, de alta resistência a úmido, uma segunda camada de material de filtração microporoso de um grau de esterilização, e uma camada externa de uma folha porosa de polietileno expandido, e uma camada porosa externa para suportar o material de filtração. As camadas são enroladas em um mandril fixo para ficarem sobrepostas em uma sobreposição de camada única e de avanço em sincronismo ao longo do mandril, na medida em que são enroladas, de modo que não haja qualquer movimento relativo entre as camadas adjacentes do laminado. Um material adesivo, que bloqueia a passagem do material parti-culado e das bactérias sendo filtrados sela a segunda camada de filtração na região de sobreposição. As extremidades da construção de laminado tubular são impregnadas por um comprimento predeterminado, adjacente a cada borda, com um material adesivo selante, tal como um composto de enchimento de poliuretano. Quando o material adesivo cura, as partes das extremidades proporcionam suporte mecânico para o tubo, enquanto bloqueiam a passagem do fluido ou dos contaminantes particulados e bacterianos. (vide col. 5, ins. 4 - 26.) [003] Uma coluna cromatográfica enrolada em espiral circular- mente é mostrada na patente U.S. 4.986.909. Nela, um sanduíche ou laminado de camadas alternadas de matriz fibrosa expansível, na forma de folha, e camadas de meios espaçadores, com a periferia do sanduíche sendo comprimida em uma configuração à prova de fluido. Tipicamente, as bordas periféricas de discos alternados de matriz fibrosa expansível e meios espaçadores são unidas. De preferência, a matriz fibrosa contém ou tem ligada nela um material polimérico ter-moplástico, como têm os meios espaçadores. As bordas são unidas por aquecimento adequado, por exemplo, solda ultrassônica. (vide col. 10, ins. 40 - 61).

[004] Outro elemento filtrante enrolado circularmente em espiral é descrito na patente U.S. 5.114.582 e compreende um ou mais elementos filtrantes enrolados em espiral em um tubo de transporte permeável. Cada elemento filtrante compreende um elemento de membrana selado termicamente e um espaçador de alimentação, (vide o resumo.) [005] Um processo para a fabricação de tubos porosos de alta permeabilidade feitos de um material composto de carbono - carbono, em uma tira de manta enrolada em espiral em um mandril, é descrito na patente U.S. 5.264.162. Os tubos porosos são feitos do dito mandril por enrolamento em um mandril de uma folha de não-tecido, feita de um precursor de fibra de carbono, seguido por compressão e estabilização a quente do conjunto. A folha é impregnada por uma resina, seguido por um tratamento de carbonização térmico da resina. Os tubos obtidos têm uma alta permeabilidade, pequeno diâmetro de poro e uma superfície interna de baixa rugosidade. (vide o resumo.) Descre-ve-se também o uso de sucessivas camadas de mantas, possibilitando obter, no tubo final, diâmetros de poros com um aumento na direção do fluxo a ser filtrado, geralmente, da parte interna no sentido da parte externa do tubo. É vantajoso que esses diâmetros de poros estejam substancialmente em uma razão de 10 entre uma camada e a seguin- te, o que pode ser obtido por ajuste da densidade da manta e/ou do diâmetro das fibras, (vide col. 4, ins. 10 - 20).

[006] Um elemento filtrante de enrola mento único, enrolado heli-coídalmente é descrito na patente U.S. 5.409,515, incluindo uma membrana porosa de um poIitetrafluoroetiIeno e uma ou mais folhas compostas de fibras feitas de uma resina sintética termícamente em fusão (vide o resumo). As folhas são termicamente fundidas em um comprimento selecionado, (vide col. ins. 40 - 46).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] É o objeto geral da invenção proporcionar um elemento filtrante aperfeiçoado, feito com processos e máquinas para fabricação dele aperfeiçoados, [008] Esse objeto é atingido com um elemento filtrante feito de pelo menos um pano não-tecido de uma mistura homogênea de uma base e um aglutínante, que é comprimida para formar uma manta ou folha de porosidade selecionada. A fibra aglutínante tem pelo menos uma superfície com uma temperatura de fusão mais baixa do que aquela da fibra de base. A folha é formada em uma forma geométrica selecionada e aquecida até fundir termicamente, para aglutinar a fibra de base em um elemento filtrante poroso, A forma preferida é um tubo enrolado heiicoidalmente de folhas plurais, cada folha sendo autosso-breposta e comprimida para sobrepor-se à outra folha. Cada folha é, de preferência, aquecida e comprimida helícoídal e individualmente, e as folhas podem ser selecionadas para que tenham diferentes porosi-dades e densidades. O material aglutínante é selecionado do grupo consistindo em material termoplãstico e resina, e o material de base é selecionado do grupo consistindo em material termoplãstico e natural.

[009] A maquinaria usada preferivelmente para a produção do elemento filtrante emprega um processo de fabricação, que inclui a etapa de formação de um pano não-tecido de trama homogênea de uma fibra de base e de uma fibra aglutinante, como explicado acima, comprimido para formar uma folha de porosidade selecionada. As múltiplas folhas de panos não-tecídos são enroladas helicoidal mente em uma máquina de enrolamento multiestação com correias individuais, cada uma delas energízada por um cabrestante, para a formação de camadas individuais que se sobrepõem para formar um laminado, A tensão de cada correia é selecionada para comprimir cada camada por um grau selecionado. Cada camada é aquecida para execução da etapa de fusão térmica. Fluido de resfriamento é bombeado pelo man-dril oco, para impedir um acúmulo excessivo de calor no mandril, A máquina é controlada por um computador, que recebe sinais de entrada que ajustam as funções da máquina, tais como a velocidade do motor de acionamento do cabestrante, as tensões das correias de enrolamento de folhas, a temperatura do conjunto de aquecedores usado para executar a fusão térmica de cada camada, e o escoamento de fluido de resfriamento pelo mandril oco.

[0010] O que foi mencionado acima, bem como outros objetos, aspectos e vantagens da invenção vão ficar evidentes na descrição detalhada apresenta a seguir, BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011 ] A Figura 1 é uma vista em perspectiva em seção parcial da concretização preferida da invenção, que ilustra um elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla, produzido em uma máquina de enrolamento de quatro estações usando quatro rolos de pano não-tecido selecionado.

[0012] A Figura 2 é uma vista em seção transversal, que ilustra o elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla da Figura 1 sendo formado em um mandril oco.

[0013] A Figura 3 é uma vista de topo esquemática de três estações da máquina usada para a fabricação do elemento filtrante da Fi- gura 1.

[0014] A Figura 4 é uma vista em perspectiva» que ilustra a concretização preferida de uma máquina de enrolamento multiestágio, usada para a produção do elemento filtrante da Figura 1.

[0015] A Figura 5 é um diagrama de blocos do processo de fabricação de pano não-tecído preferido, usado para produzir o elemento filtrante da Figura 1.

[0016] A Figura 6A ilustra uma vista em seção transversal de um elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla» tendo uma faixa de disposição intermediária, de acordo com outra concretização da prese nte í n ve nçã o.

[0017] A Figura 6B ilustra uma tira para formação de uma faixa de disposição intermediária, posicionada contra uma superfície de uma tira, para formação de uma faixa do elemento filtrante, para enrolamento simultâneo para proporcionar a configuração mostrada na Figura 6A, [0018] A Figura 7 ilustra uma vista em seção transversal de outro elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla» tendo uma faixa de disposição intermediária, de acordo com uma concretização da prese nte i n ve nçã o.

[0019] A Figura 8 ilustra uma vista em seção transversal de um elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla, tendo outra faixa de disposição intermediária, de acordo com outra concretização da presente invenção.

DESCRICÃO DAS CONCRETIZAÇÕES ESPECÍFICAS

[0020] Com referência à Figura 1 dos desenhos, o número 11 indica um elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla, construído de acordo com os princípios da invenção. Inclui uma primeira tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 13, uma segunda tira de pano não-tecído de sobreposição múltipla 15, uma terceira tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 17 e uma quarta tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 19. Cada tira de pano 13, 15, 17, 19 é enrolada espiral ou helicoidalmente em camadas sobrepostas, para formar as faixas de sobreposição 14, 16, 18 e 20, respectivamente. A superfície radialmente interna 21 da faixa 14 forma a periferia de um espaço anular estendendo-se axialmente (isto é, uma rota), que se estende de uma extremidade 25 do elemento filtrante para a extremidade voltada para o lado oposto 27 do elemento filtrante 11. Nos desenhos, a espessura do pano é exagerada.

[0021] Na Figura 2 dos desenhos, o número 47 indica um mandril cilíndrico oco, com uma superfície externa anular 49 e uma superfície interna anular 51, a dita superfície interna anular 51 formando a periferia de um canal cilíndrico 53, através do qual escoa um meio de troca térmica líquido ou gasoso (não mostrado). A faixa 14 da tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 13 é mostrada sobreposta pela faixa 16 da tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 15, que é, por sua vez, sobreposta pela faixa 18 da tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 17, que é então sobreposta pela faixa 20 da tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 19.

[0022] Como mostrado na Figura 3 dos desenhos, apenas três estágios são mostrados da máquina de enrolamento multiestágio, mostrada em mais detalhes na Figura 4. Na Figura 3, uma primeira correia de compressão 55 é mostrada enrolando, em um modo de sobreposição múltipla, uma tira de pano não-tecido 13 em torno do mandril oco 47. Uma segunda correia de compressão 57 é mostrada enrolando, em um modo de sobreposição múltipla, uma tira de pano não-tecido 15 em torno da tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 13. Uma terceira correia de compressão 59 é mostrada enrolando, em um modo de sobreposição múltipla, uma tira de pano não-tecido 17 em torno da tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 15. Um primeiro con- junto de aquecedores de preferivelmente aquecedores infravermelhos 63 é mostrado em uma posição para aplicar calor, simultaneamente com a compressão da correia de compressão 55, na tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 13. Um segundo conjunto de aquecedores de aquecedores infravermelhos 65 é mostrado em uma posição para aplicar calor, simultaneamente com a compressão da correia de compressão 57, na tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 15. Um terceiro conjunto de aquecedores de aquecedores infravermelhos 67 é mostrado em uma posição para aplicar calor, simultaneamente com a compressão da correia de compressão 59, na tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 17.

[0023] Com referência agora à Figura 4 dos desenhos, o número 71 designa uma máquina de enrolamento multiestágio para a fabricação de elementos filtrantes sem núcleo de sobreposição múltipla 11. Um rolo de tira de pano não-tecido 13 é mostrado montado em um suporte de rolo 75, consistindo em um elemento reto 77, no qual são montados um ou mais eixos de suporte de rolos cilíndricos 79, estendendo-se para fora do elemento reto 77, para receber o núcleo tubular (não mostrado) do rolo da tira de pano não-tecido 13. Cada eixo de suporte de rolo 79 é conectado ao elemento reto 77 em um ponto ao longo do comprimento do elemento reto 77. O elemento reto 77 é conectado na sua base a uma pluralidade de pernas horizontais (não mostradas), que se estendem perpendicularmente para formar um comprimento tal de modo a proporcionar suporte para o elemento reto 77, cada eixo de suporte de rolo 79, e cada rolo de tira de pano não-tecido 13 carregado em cada eixo de suporte de rolo 79.

[0024] Uma bandeja de alimentação 81 consiste em uma placa retangular, com as suas bordas opostas mais longas 83 e 85 viradas a um ângulo reto, de modo a formar um canal, que suporta e guia e é ajustável com a largura da tira de pano não-tecido 13. Cada estágio da janela de enrolamento 71 tem uma bandeja de alimentação 81 e um rolo tensor 147, conectado a um cilindro de ar (não mostrado).

[0025] O suporte de conjunto de aquecedores 87, uma placa de montagem para o primeiro conjunto de aquecedores 63, se levanta em um plano, que é perpendicular ao eixo 89 da máquina de enrolamento 71. O suporte de conjunto de aquecedores 87 é conectado, ao longo da sua borda de base, a uma estrutura de suporte de máquina 91, que se estende paralela ao eixo 89 da máquina de enrolamento 71 e suporta cada um dos seus estágios. O suporte de conjunto de aquecedores 87 tem uma superfície de entrada (não mostrada) e uma superfície de saída 93. Conectado à superfície de saída 93 e estendendo-se ao longo do eixo 89 e por cada estágio da máquina de enrolamento 71, fica um mandril oco 47. Preso à superfície de entrada do suporte de conjunto de aquecedores 87, fica um conduto (não mostrado), para transportar o meio de troca térmica de um dispositivo de bombeamen-to (representado esquematicamente na Figura 7, número 324) para o suporte de conjunto de aquecedores 87, por uma abertura (não mostrada) no suporte de conjunto de aquecedores 87, e para o canal cilíndrico 53 (vide Figura 2) do mandril oco 47. Conectada à superfície de saída 93 do suporte de conjunto de aquecedores 87, fica uma pluralidade de atuadores de aquecedores 97, cada um dos quais consiste em um mecanismo de ajuste de disco 99, conectado por um mecanismo de engrenagem (não mostrado) à placa atuadora de aquecedor 101.

[0026] Preso a cada placa atuadora de aquecedor 101 e estendendo-se para fora da superfície de saída 93 do suporte de conjunto de aquecedores 87 e paralelo ao eixo geométrico 89 da máquina de enrolamento 71, fica um aquecedor infravermelho 63. Cada aquecedor infravermelho 63 é preso em uma placa atuadora de aquecedor 101 correspondente, de um modo tal a dirigir o calor perpendicular ao, e na direção do, mandril oco 47. Cada aquecedor infravermelho 63 se estende para fora da superfície de saída 93 do suporte de conjunto de aquecedores 87 por uma distância selecionada.

[0027] Um par de cabestrantes, consistindo em um cabestrante de acionamento 105 e um cabestrante acionado 106, se levanta verticalmente, com os seus eixos geométricos (não mostrados) perpendiculares a, e em, todos os lados do eixo 89 da máquina de enrolamento 71. O cabestrante de acionamento 105 é montado em uma caixa de engrenagem de cabestrante de acionamento 107 e o cabestrante acionado 106 é montado em uma caixa de engrenagem de cabestrante acionado 109. A caixa de engrenagem de cabestrante de acionamento 107 é conectada na sua base a uma plataforma de caixa de engrenagem 113. A plataforma de caixa de engrenagem 113 é uma placa retangular, que se apóia em cima da estrutura de suporte de máquina 91, em um plano horizontal. Um motor de acionamento de cabestrante (não mostrado) é montado abaixo da plataforma de caixa de engrenagem 113 e tem um eixo mecânico (não mostrado), que se estende por uma abertura (não mostrada) na plataforma de caixa de engrenagem 113 e se conecta às engrenagens da caixa de engrenagem de cabestrante de acionamento 107. A caixa de engrenagem de cabestrante de acionamento 107 é conectada à caixa de engrenagem de cabestrante acionado 109 por um eixo ranhurado (não mostrado no primeiro estágio, mas idêntico ao eixo ranhurado 111 do quarto estágio), proporcionando, desse modo, um meio para acionar os cabestrantes 105 e 106 na mesma velocidade angular, mas em direções opostas.

[0028] A caixa de engrenagem de cabestrante acionado 109 é conectada, na sua base, a uma placa deslizante de caixa de engrenagem 115. O lado inferior da placa deslizante de caixa de engrenagem 115 tem uma pluralidade de entalhes, que se estendem ao longo do seu comprimento e para o comprimento da plataforma de caixa de en- grenagem 113. Os entalhes da placa deslizante de caixa de engrenagem 115 recebem os trilhos de um codificador linear digital 117, permitindo desse modo que os codificadores lineares digitais 117 meçam incrementalmente a localização do cabestrante acionado 109 ao longo dos trilhos do codificador linear digital 117, relativa a um ponto de referência no codificador linear digital 117. O codificador linear digital 117 pode ser do tipo descrito na patente U.S. 4.586.760 ou qualquer outro dispositivo de medida incrementai conhecido por aqueles versados na técnica. Próxima ao centro da plataforma de caixa de engrenagem 113 e cortada pela espessura da plataforma, fica uma fenda em forma de arco (não mostrada no primeiro estágio, mas idêntica à fenda em forma de arco 119 do quarto estágio), cujo cordão é paralelo ao comprimento da plataforma de caixa de engrenagem 113). Um parafuso de aperto para ajuste da plataforma da caixa de engrenagem (não mostrado no primeiro estágio, mas idêntico ao parafuso de aperto para ajuste da plataforma da caixa de engrenagem 121 do quarto estágio) passa pela fenda em forma de arco idêntica à fenda 119 e é recebido em uma abertura rosqueada (não mostrada) na estrutura de suporte de máquina 91. O ângulo da correia 55 relativo ao mandril 47 pode ser ajustado com esse mecanismo.

[0029] As luvas de cabestrante 123 e 125 são concêntricos em torno dos eixos geométricos do cabestrante de acionamento 105 e do cabestrante acionado 106, respectivamente. As superfícies radialmente internas 123 e 125 são acopladas com as superfícies radialmente externas do cabestrante de acionamento 105 e do cabestrante acionado 106, respectivamente, e são presas neles por meios adequados, em um local selecionado do cabestrante de acionamento 105 e do cabestrante acionado 106. Flanges de luvas de cabestrante anulares 127 e 129 se estendem radialmente para fora do cabestrante de acionamento 105 e do cabestrante acionado 106, respectivamente.

[0030] A correia de compressão 55 forma um laço fechado, em torno da metade da periferia do cabestrante de acionamento 105 e da metade da periferia do cabestrante acionado 106, e é colocada em tensão pela distância entre os eixos do cabestrante de acionamento 105 e do cabestrante acionado 106. A correia de compressão cruza ela mesma uma única vez entre o cabestrante de acionamento 105 e o cabestrante acionado 106. Além disso, a correia de compressão 55 forma uma única espiral em torno do mandril oco 47.

[0031] Um cilindro de ar tensor 133 é montado na plataforma de caixa de engrenagem 113, na mesma extremidade que a caixa de engrenagem do cabestrante acionado 109. O cilindro de ar tensor 133 é um cilindro pneumático comumente usado com um eixo 135, que se estende de uma extremidade do cilindro de ar tensor 133, em paralelo com o comprimento da plataforma de caixa de engrenagem 113, e é conectado na extremidade oposta da caixa de engrenagem do cabestrante acionado 109.

[0032] Três estágios adicionais da máquina de enrolamento multi-estágio 71 são mostrados na Figura 4. Cada um desses estágios adicionais consiste em componentes idênticos àqueles do primeiro estágio, com a exceção que o suporte de conjunto de aquecedores 137 de cada estágio adicional inclui uma abertura 139, concêntrica em torno do eixo 89 da máquina de enrolamento 71, pela qual o mandril oco 47 passa com folga suficiente para as faixas 14, 16, 18 e 20 do elemento filtrante 11, e com a exceção de que a bandeja de alimentação 81 é substituída por um tensor de alimentação 141, que consiste em um elemento verticalmente reto 143, conectado na sua base a uma pluralidade de pernas horizontais 145 e conectado na extremidade oposta a rolos tensores de alimentação 147.

[0033] Com referência agora à Figura 5 dos desenhos, um diagrama de blocos de cada etapa do processo de fabricação do pano não-tecido é ilustrado. Cada etapa significativa do processo de fabricação é ilustrada em um bloco separado. No bloco 151, a etapa 1 é a aquisição da fibra, usualmente na forma de um fardo comprado de um produtor de fibras têxteis. Cada tira 13, 15, 17 e 19 é composta de uma ou mais fibras. Se uma tira 13, 15, 17, 19 for composta de apenas uma fibra, deve ser do tipo que consiste em um invólucro externo de menor ponto de fusão e um núcleo interno de maior ponto de fusão. Se uma tira 13, 15, 17, 19 for composta de duas ou mais fibras, pelo menos uma das fibras deve ter um ponto de fusão mais baixo do que as outras ou ser do tipo de invólucro e núcleo mencionado acima.

[0034] No bloco 153, a etapa 2 é a abertura e peso dos materiais de fibra. As fibras são transportadas a um misturador sincronizado, no qual são mais abertas na preparação para a mistura final no bloco 155.

[0035] No bloco 155, a etapa 3 é a mistura final das fibras, com a qual as fibras individuais são intensamente entremisturadas por uma série de rolos cilíndricos e rolos de cardagem, para proporcionar uma dispersão de fibras homogênea. Essa etapa é conduzida em um misturador similar ao misturador descrito na patente U.S. 3.744.092.

[0036] No bloco 157, a etapa 4 é o transporte das fibras intensamente misturadas por um sistema de duto de ar, que consiste em um duto de aproximadamente 30,5 centímetros (12 polegadas) de diâmetro, através do qual ar é circulado a uma taxa de aproximadamente 457 metros (1.500 pés) por minuto do misturador para o alimentador.

[0037] No bloco 159, a etapa 5 é a alimentação das fibras entremisturadas a um alimentador similar ao alimentador descrito nas patentes U.S. 2.774.294 e 2.890.497.

[0038] No bloco 161, a etapa 6 é a etapa de formação da trama, na qual as fibras são transportadas do alimentador a um aparelho de tecer similar ao aparelho de tecer descrito nas patentes U.S. 2.890.497 e 2.703.441, consistindo em uma pluralidade de rolos cilíndricos e um rolo de cardagem, de modo que uma trama contínua de fibras dispersas homogeneamente seja formada.

[0039] No bloco 163, a etapa 7 é a etapa de liquefação e compressão, conduzida em uma série de fornos com correntes de ar e/ou fontes térmicas alternativas, em que um fluxo de ar aquecida a uma temperatura selecionada é soprado na teia, provocando, desse modo, a liquefação de todos os, ou parte dos, tipos particulares das fibras dispersas homogeneamente, como explicado mais inteiramente a seguir. Simultaneamente com a liquefação de todos os, ou parte dos, tipos particulares das fibras dispersas homogeneamente, há a compressão da trama formada continuamente em uma folha fina. O ar nos fornos com correntes de ar é saturado próximo a 100% com vapor de baixa pressão. Água líquida é bombeada por tubos para os fornos com correntes de ar, nos quais é derramada em placas aquecidas de aço inoxidável, criando, desse modo, vapor de baixa pressão. O nível de saturação necessário é dependente da temperatura dentro dos fornos com correntes de ar, que varia de 93,3*0 a 287,8*0 (20013 a 550*F). O vapor neutraliza a eletricidade estática criada pelo ar, que é recircu-lado a taxas de até 1.132,8 metros cúbicos (40.000 pés cúbicos) por minuto. Há uma diferença de pressão pela trama no forno com correntes de ar entre 10,2 e 20,3 centímetros (4 e 8 polegadas) de coluna de água. O tempo de residência para a trama nos fornos com correntes de ar é dependente e coordenado com a taxa de descarga da trama sendo produzida no aparelho de costura.

[0040] No bloco 165, a etapa 8 é a compressão da folha de fibras dispersas homogeneamente em um pano não-tecido, com uma espessura necessária para a eficiência de filtração desejada, por transporte da folha entre dois rolos de aço de aço inoxidável cilíndricos.

[0041] No bloco 166, a etapa 8-A é formação de um rolo do pano não-tecido em uma bobinadeira.

[0042] No bloco 167, a etapa 9 do processo de fabricação é a formação de tiras da folha de pano não-tecido. Dispositivos de corte são posicionados em pontos selecionados pela largura da folha de pano não-tecido, de modo a cortar a folha em uma pluralidade de tiras de larguras selecionadas, formando, desse modo, tiras de pano não-tecido, tais como 13, 15, 17 e 19.

[0043] No bloco 169, na etapa 10, as tiras não tecidas 13, 15, 17 e 19 são enroladas em núcleos, que são na forma de tubos cilíndricos em uma bobinadeira comumente conhecida, consistindo em uma pluralidade de rolos cilíndricos, para alinhar e enrolar as tiras de pano não-tecido 13, 15, 17 e 19 em núcleos.

[0044] Todo o processo de fabricação de folha de não-tecido ocorre em um meio físico de umidade controlada. A umidade relativa do ar no meio físico varia de 60 a 80%, medida por um termômetro de bulbo úmido / bulbo seco e um diagrama de entalpia.

[0045] Cada tira de pano não-tecido 13, 15, 17, 19 é composta de fibras poliméricas selecionadas, tais como poliéster e polipropileno, que servem tanto como fibras de base quanto para fibras aglutinantes. As fibras de base têm pontos de fusão mais altos do que as fibras aglutinantes. O papel das fibras de base é produzir pequenas estruturas de poros no elemento filtrante sem núcleo 11.0 papel da fibra aglutinante ou material aglutinante é ligar as fibras de base em um elemento filtrante rígido, que não necessita de um núcleo separado. As fibras aglutinantes podem consistir em uma fibra pura ou de uma tendo um invólucro externo de ponto de fusão menor e um núcleo interno de ponto de fusão maior. Se a fibra aglutinante for do tipo puro, então vai liquefazer inteiramente na presença de calor suficiente. Se a fibra aglutinante tiver um invólucro externo e um núcleo interno, então é submetida a temperaturas que liquefazem apenas o invólucro externo na presença de calor, deixando que o núcleo interno auxilie a fibra de base na produção de estruturas de poros pequenos. O papel da fibra agluti-nante é liquefazer totalmente ou em parte, na presença de calor, a sua fração líquida para que esta seja absorvida nas fibras de base, para formar um ponto de ligação entre as fibras de base, produzindo, desse modo, a ligação das fibras de base entre si por resfriamento. O material aglutinante pode ser em uma forma diferente de fibrosa.

[0046] Com referência a uma concretização preferida da invenção, as fibras de base e as fibras aglutinantes são misturadas de acordo com o processo de fabricação descrito na Figura 5, para formar rolos de tiras de pano não-tecido 13, 15, 17, 19, todas de uma composição selecionada. Por completamento da fabricação dos rolos de tiras de pano não-tecido 13, 15, 17, 19, esses rolos são carregados nos eixos de suporte de rolo 79 do suporte de rolo 75, em cada estágio da máquina de enrolamento 71. Cada suporte de rolo 75 é posicionado para introduzir as tiras de pano não-tecido 13, 15, 17, 19, a um ângulo selecionado, no mandril oco 47. As especificações desejadas para um elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla 11 são então selecionadas na maneira apresentada na patente U.S. 5.827.430, que é incorporada por referência no presente relatório descritivo.

[0047] Um comprimento da tira de pano não-tecido 13 é desenrolado e alimentado na bandeja de alimentação 81, de modo que fica entre as bordas levantadas 83 e 85 da bandeja de alimentação 81. A bandeja de alimentação 81 é posicionada de modo que a tira de pano não-tecido 13 é introduzida no mandril oco 47 a um ângulo selecionado, e a caixa de engrenagem do cabestrante de acionamento 107 age depois para girar o cabestrante de acionamento 105. O eixo ranhurado do primeiro estágio da máquina de enrolamento 71 transmite energia para a caixa de engrenagem do cabestrante acionado 109, cujas engrenagens giram o cabestrante acionado 106 na mesma velocidade angular, mas na direção oposta àquela do cabestrante de acionamento 105. O atrito entre a superfície interna da correia de compressão 55 e as superfícies radialmente externas do cabestrante de acionamento 105 e do cabestrante acionado 106 propicia que a correia gire com os cabestrantes 105 e 106, sem deslizamento tangencial. Os flanges de luvas de cabestrantes 127 e 129 das luvas de cabestrantes 123 e 125, respectivamente, impedem que a correia de compressão 55 deslize para baixo nos cabestrantes de acionamento e acionado 105 e 106, respectivamente.

[0048] A borda de entrada 31 da tira de pano não-tecido 13 é então alimentada entre a superfície externa anular 49 do mandril oco 47 e a correia de compressão 55, no ponto no qual a correia de compressão 55 faz o seu laço espiral único em torno do mandril oco 47. Em virtude do arrasto de atrito, gerado entre a correia de compressão 55 e a tira de pano não-tecido 13 ser maior do que o arrasto de atrito gerado entre a tira de pano não-tecido 13 e o mandril oco 47, o elemento filtrante sem núcleo 11 é formado em uma forma de hélice cônica e é acionado ao longo do mandril oco 47 no sentido da sua extremidade livre. O ângulo de alimentação entre a tira de pano não-tecido 13 e o mandril oco 47 é tal que a própria tira de pano não-tecido 13 se sobrepõe uma pluralidade de vezes, na medida em que é comprimida entre a correia de compressão 55 e o mandril oco 47, produzindo o aspecto de hélice cônica de sobreposição múltipla da presente invenção. A fonte da força compressiva selecionada da correia de compressão 55 é a tensão na correia de compressão 55, que é determinada pela distância selecionada entre os eixos geométricos do cabestrante de acionamento 105 e do cabestrante acionado 106. Uma vez que o cabestrante acionado 106 é conectado à caixa de engrenagem de cabestrante acionado 109, que é conectada na sua base à placa deslizante de caixa de engrenagem 115, o cabestrante acionado 106 fica livre para trasladar ao longo dos trilhos do codificador linear digital 117. O codificador linear digital 117 mede incrementalmente a localização da caixa de engrenagem de cabestrante acionado 109 ao longo dos trilhos do codificador linear digital 117, relativa a um ponto de referência no codificador linear digital 117. A força compressiva transmitida pela correia de compressão 55 para a tira de pano não-tecido 13 é controlada e mantida por uma pressão selecionada no cilindro de ar tensor pneumático 133, cujo eixo 135 é conectado à base da caixa de engrenagem de cabestrante acionado 109. A pressão no cilindro de ar tensor pneumático 133 é ajustada de acordo com as entradas operacionais, de modo que o seu eixo 135 não seja estendido ou retraído, desse modo, controlando e mantendo a força compressiva transmitida pela correia de compressão 55 para a tira de pano não-tecido 13.

[0049] Aplica-se simultaneamente, com a compressão mencionada acima, na tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla 13 uma quantidade selecionada de calor, gerado por um conjunto de aquecedores infravermelhos 63 localizados a uma distância selecionada da tira de pano não-tecido 13. Cada aquecedor infravermelho 63 é conectado a uma placa atuadora de aquecedor 101, que proporciona movimento a cada aquecedor infravermelho 63 no sentido ou para longe do mandril oco 47. O mecanismo de ajuste de disco 99 da placa atuadora de aquecedor 101 propicia o ajuste incrementai da distância entre cada aquecedor infravermelho 63 e o mandril oco 47. Cada aquecedor infravermelho 63 age para aquecer a tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla a uma temperatura selecionada, de modo que as fibras de base da tira de pano não-tecido de sobreposição múltipla são ligadas entre si dentro da tira e entre as camadas de sobreposição múltipla da faixa 14 pelo processo de absorção das fibras aglutinantes liquefeitas.

[0050] Na medida em que a tira de pano não-tecido 13 é aquecida e comprimida simultaneamente, para produzir a porosidade desejada, um meio de troca térmica é bombeado pelo canal cilíndrico 53 do mandril oco 47 por um dispositivo de bombeamento (não mostrado), a uma taxa de escoamento selecionada, com a finalidade de manter uma temperatura selecionada na superfície externa 49 do mandril oco 47. Um ou mais dispositivos de detecção de temperatura, tais como termopares (não mostrados) ficam em comunicação com o meio de troca térmica, com a finalidade de detectar a temperatura do meio de troca térmica.

[0051] A tira de pano não-tecido 13 continua a ser sobreposta nela mesma, formando, desse modo, uma faixa 14, que é acionada ao longo do mandril oco 47 pelas aberturas 139 dos suportes do conjunto de aquecedores 137 de cada estágio remanescente da máquina de enro-lamento 71, de um modo sem fim contínuo. Uma vez que a faixa 14 passou por todos os estágios da máquina de enrolamento 71, um comprimento da tira de pano não-tecido do segundo estágio 15 é desenrolado e alimentado entre os rolos tensores de alimentação 147 de um tensor de alimentação 141. A borda de entrada 35 da tira de pano não-tecido 15 é depois alimentada entre a correia de compressão 57 e a superfície externa anular da faixa 14, no ponto no qual a correia de compressão 57 faz a sua única espiral em torno do mandril oco 47.

[0052] A tira de pano não-tecido 15 é comprimida e aquecida simultaneamente por meios idênticos como na tira de pano não-tecido do primeiro estágio 13. A tira de pano não-tecido 15 continua a ser sobreposta nela mesma, formando, desse modo, a faixa 16, cuja superfície interna anular é ligada à superfície externa anular da faixa 14. As faixas 14 e 16 combinadas são acionadas ao longo do mandril oco 47 pelas aberturas 139 dos suportes do conjunto de aquecedores 137 de cada estágio remanescente da máquina de enrolamento 71, em um modo sem fim contínuo. Uma vez que as faixas 14 e 16 combinadas tenham passado por todas os estágios remanescentes da máquina de enralamento 71, um comprimento da tira de pano não-tecido do terceiro estágio 17 é desenrolada e alimentada entre os rolos tensores de alimentação 147 de um tensor de alimentação 141. A borda de entrada 39 da tira de pano não-tecido 17 é então alimentada entre a correia de compressão 59 e a superfície externa anular da faixa 16 no ponto no qual a correia de compressão 59 faz a sua espiral em torno do mandril oco 47.

[0053] A tira de pano não-tecido 17 é simultaneamente comprimida e aquecida por meios idênticos como na tira de pano não-tecido do primeiro estágio 13. A tira de pano não-tecido 17 continua a ser sobreposta nela mesma, formando, desse modo, a faixa 18, cuja superfície interna anular é ligada à superfície externa anular da faixa 16. As faixas 14, 16 e 18 combinadas são acionadas ao longo do mandril oco 47 pelas aberturas 139 dos suportes do conjunto de aquecedores 137 de cada estágio remanescente da máquina de enrolamento 71, em um modo sem fim continuo. Uma vez que as faixas 14, 16 e 18 combinadas tenham passado por todas os estágios remanescentes da máquina de enrolamento 71, um comprimento da tira de pano não-tecido do quarto estágio 19 é desenrolada e alimentada entre os rolos tensores de alimentação 147 de um tensor de alimentação 141. A borda de entrada 43 da tira de pano não-tecido 19 é então alimentada entre a correia de compressão 61 e a superfície externa anular da faixa 18 no ponto no qual a correia de compressão 61 faz a sua espiral em torno do mandril oco 47.

[0054] A tira de pano não-tecido 19 continua a ser sobreposta nela mesma, formando, desse modo, a faixa 20, cuja superfície interna anular é ligada à superfície externa anular da faixa 18. As faixas 14,16, 18 e 20 combinadas são acionadas ao longo do mandril oco 47, em um modo sem fim contínuo, em direção a um dispositivo de medição (não mostrado) e um dispositivo de corte (não mostrado). Uma vez que as faixas 14, 16, 18 e 20 combinadas tenham passado pelo estágio final da máquina de enrolamento 71, o elemento filtrante 11 é medido pelo dispositivo de medição e cortado no comprimento pelo dispositivo de corte.

[0055] A velocidade angular do motor de acionamento de cabes-trante é tal que as tiras de pano não-tecido 13, 15, 17 e 19 se mantém bem próximas aos aquecedores infravermelhos 63, 65, 67 e 68, por uma duração selecionada de tempo, de modo a permitir a liquefação adequada das fibras aglutinantes. Também, uma distância suficiente entre os estágios é proporcionada de modo que as fibras aglutinantes sejam deixadas resfriar parcialmente, ligando, desse modo, as fibras de base dentro de cada tira de não-tecido 13, 15, 17, 19 entre cada uma das suas camadas, e entre cada uma das faixas 14, 16, 18 e 20, proporcionando a porosidade desejada dentre cada camada e entre cada faixa 14, 16, 18 e 20.

[0056] A aplicação simultânea de quantidades selecionadas de calor e compressão às camadas de tiras de pano não-tecido 13, 15, 17 e 19 é tal que apenas as propriedades selecionadas são alteradas em um elemento filtrante sem núcleo 11 com uma resistência estrutural suficiente para que seja autônoma, isto é, não necessitando de qualquer núcleo estrutural, enquanto mantendo a porosidade desejada.

[0057] A aplicação simultânea de quantidades selecionadas de calor e compressão às camadas de tiras de pano não-tecido 13, 15, 17 e 19, como descrito acima, permite a variação sistemática da densidade das camadas das tiras de pano não-tecido 13, 15, 17 e 19 pela parede do elemento filtrante e a variação sistemática da porosidade das fibras de base, do elemento 11.

[0058] A direção de escoamento do filtrado pelo elemento filtrante 11 pode ser qualquer do núcleo no sentido da parede externa anular ou da parede externa anular no sentido do núcleo, mas, em qualquer caso, o escoamento de filtrado é geralmente perpendicular ao eixo geométrico do elemento filtrante 11. No entanto, devido à natureza heli-coidal cônica das camadas das tiras de pano não-tecido 13, 15, 17 e 19, os poros formados pelas fibras de base aglutinadas se estendem a um ângulo com o eixo geométrico do elemento filtrante 11, dificultando que grandes partículas de filtrado passem pelo elemento filtrante 11.

[0059] O elemento filtrante 11 pode ser acabado por capeamento das extremidades 25 e 27 por qualquer meio adequado conhecido daqueles versados na técnica, tal como recheadura em uma resina poli-mérica.

[0060] Uma chave supressora ativada por cabo (não mostrada) se estende pelo comprimento da máquina de enrolamento 71, com a finalidade de deter a máquina de enrolamento 71.

[0061] Um exemplo do processo e do meio de manufatura de um elemento filtrante, do tipo mostrado na Figura 1, é o seguinte: quatro diferentes tipos de fibras foram adquiridos da Hoechst Celanese de Charlotte, NC, vendidos sob a designação de fibra "252, "121", "224" e "271". A fibra "252" era do tipo núcleo e invólucro, enquanto que as fibras "121", "224" e "271" eram do tipo puro de componente único. O denier da fibra "252" era 3 e o seu comprimento era de 38,1 metros (1.500 polegadas). O denier da fibra "121" era 1 e o seu comprimento era de 38,1 metros (1.500 polegadas). O denier da fibra "224" era 6 e o seu comprimento era de 76,2 metros (2.000 polegadas). O denier da fibra "271" era 15 e o seu comprimento era de 38,1 metros (3.000 polegadas). Uma primeira mistura de fibras foi fabricada da fibra "121" e da fibra "252", composta de 50% em peso de cada tipo de fibra. Uma segunda mistura de fibras foi fabricada da fibra "224" e da fibra "252", composta de 50% em peso de cada tipo de fibra. Uma terceira mistura de fibras foi fabricada com uma composição de 25% em peso da fibra "121" e 25% em peso da fibra "224" e 50% em peso da fibra "252".

Uma quarta mistura de fibras foi fabricada da fibra "271" e da fibra "252", composta de 50% em peso de cada tipo de fibra. A fibra "252", sendo do tipo de núcleo e invólucro, serviu como a fibra aglutinante em cada uma das misturas mencionadas acima. Cada mistura de fibras foi fabricada de acordo com o processo mostrado na Figura 5. Cada mistura de fibras foi formada em uma trama, que tinha uma espessura de aproximadamente 1,3 centímetro (1/2 polegada). A espessura de cada trama foi reduzida por aproximadamente 50%, formando uma manta durante o seu tempo de residência de noventa segundos no forno de corrente de ar, devido à recirculação de ar saturado com vapor a aproximadamente 1.132,8 metros cúbicos (40.000 pés cúbicos) por minuto, a uma temperatura de 204,4*C (400Έ). Havia um dife rencial de pressão pela manta nos fornos com correntes de ar de 15,2 centímetros (6 polegadas) de água. Após deixar os fornos com correntes de ar, cada manta foi alimentada entre dois rolos cilíndricos de aço inoxidável, que comprimiram a espessura de cada manta por aproximadamente 50%, em uma folha de pano não-tecido com uma largura de cerca de 94 centímetros (37 polegadas). Cada folha de largura de 94 centímetros (37 polegadas) foi cortada em tiras de largura de 15,2 centímetros (6 polegadas) 13, 15, 17 e 19. O peso de base de cada folha de pano não-tecido foi determinado para ficar na faixa de 15,3 a 36,6 miligramas por centímetro quadrado (0,5 a 1,2 onça por pé quadrado). Como uma etapa de garantia de qualidade, uma vez que as tiras de pano não-tecido foram cortadas, foram testadas em um aparelho de teste de escoamento de ar Frasier, para determinar a permeabilidade do ar em centímetros cúbicos por minuto por centímetro quadrado (pés cúbicos por minuto por pé quadrado). As tiras de pano não-tecido 13, 15, 17 e 19 foram então carregadas nos eixos de suporte de rolo 79 do suporte de rolo 75, um rolo em cada estágio da máquina de enrolamento 71.

[0062] As especificações das tiras do pano não-tecido 13, 15, 17 e 19 foram introduzidas no sistema de processamento de dados. O mandril oco 47 foi feito de aço inoxidável e tinha um diâmetro externo nominal de 2,54 centímetro (1 polegada). O dispositivo de bombea-mento do meio de transferência térmica foi iniciado e começou a bombear o meio de transferência térmica pelo mandril oco 47, a taxas de escoamento variáveis de modo que a temperatura da superfície externa anular 49 do mandril oco 47 fosse mantida a uma temperatura de 93,3*C (20013). Um motor de acionamento de cabestra nte de primeiro estágio foi iniciado a uma velocidade de controle de aproximadamente 50 hertz. O conjunto de aquecedores de primeiro estágio 63 foi ligado e alimentado com uma voltagem de eletricidade suficiente para criar uma temperatura do mandril oco 47 de 148,9*0 (300*F ).

[0063] A primeira faixa 14 de tira de pano não-tecido 13 foi iniciada por alimentação da tira de pano não-tecido 13 entre o mandril oco 47 e a correia de compressão do primeiro estágio 55. A tira de pano não-tecido 13 foi enrolada helicoidalmente de um modo de sobreposição nela mesma, formando a faixa 14, na medida em que era acionada sob a correia de compressão 55 e ao longo do mandril oco 47. Na medida em que o diâmetro externo da faixa 14 aumentou, o cabestrante acionado 106 se movimentou no sentido do cabestrante de acionamento 105, de modo a encurtar a distância entre eles e manter uma pressão de 68,9 quilopascais (10 libras por polegada quadrada) exercida na faixa 14 da correia comprimida 55. Essa pressão de compressão foi uma consequência da tensão na correia de compressão 55, que foi desenvolvida pela pressão nominal no cilindro de ar tensor 133 de 344,5 quilopascais (50 libras por polegada quadrada). O movimento do cabestrante acionado 106 foi feito por alteração da pressão no cilindro de ar tensor 133. O codificador linear digital 117 detectou o movimento do cabestrante acionado 106, e foram feitas as modificações adequadas na velocidade do motor de acionamento do cabestrante, se necessário. A temperatura criada pelo aquecedor infravermelho 63 foi a temperatura do "ponto de alisamento". Essa temperatura do ponto de alisamento de 148,9*0 (30013) auxiliou na compre ssão e na aglutinação das fibras de base entre as camadas da faixa 14. Sob essa aplicação simultânea de calor e compressão, a espessura das tiras do pano não-tecido 13 foi comprimida por aproximadamente 50% e existiu nela uma aglutinação da camada intermediária.

[0064] A faixa 14 foi deixada deslocar-se por cada estágio da máquina de enrolamento 71 e, antes de encontrar a correia de compressão em cada estágio, o motor de acionamento do cabestrante em cada estágio foi ligado e ajustado à velocidade do motor de acionamento do cabestrante de primeiro estágio.

[0065] Uma vez que a banda 14 progrediu por todos os estágios da máquina de enrolamento 71, a segunda faixa 16 da tira de pano não-tecido 15 foi iniciada por alimentação do pano não-tecido 15 entre a correia de compressão do segundo estágio 57 e a superfície externa anular da faixa 14. O pano não-tecido 15 foi enrolado helicoidalmente em um modo de sobreposição nele mesmo, formando a faixa 16 na medida em que era acionado sob a correia de compressão 57 e ao longo do mandril oco 47. O conjunto de aquecedores do segundo estágio 65 foi ligado e alimentado com uma voltagem de eletricidade suficiente para manter uma temperatura do ponto de alisamento de 148,9*0 (300*F) na superfície externa anular da fai xa 16. Na medida em que o diâmetro externo da faixa 16 aumentou, o cabestrante acionado do segundo estágio se movimentou no sentido do cabestrante de acionamento do segundo estágio, de modo a encurtar a distância entre eles e manter uma pressão de 68,9 quilopascais (10 libras por polegada quadrada) exercida na faixa 16 da correia de compressão 57. Essa pressão de compressão foi uma consequência da tensão na correia de compressão 57, que foi desenvolvida pela pressão nominal no cilindro de ar tensor do segundo estágio de 344,5 quilopascais (50 libras por polegada quadrada). O movimento do cabestrante acionado do segundo estágio foi feito por alteração da pressão no cilindro de ar tensor do segundo estágio. O codificador linear digital do segundo estágio detectou o movimento do cabestrante acionado do segundo estágio, e as modificações adequadas na velocidade do motor de acionamento do cabestrante do segundo estágio foram feitas, se necessário, para sincronizar a velocidade do motor de acionamento do cabestrante do segundo estágio com aquela do motor de acionamento do cabestrante do primeiro estágio. A temperatura do ponto de alisamento de 148,9*0 (300*F) auxiliou na compressão e na ligação das fib ras de base entre as camadas da faixa 16. Sob essa aplicação simultânea de calor e compressão, a espessura da tira de pano não-tecido 15 foi comprimida por aproximadamente 50% e ocasionou aglutinação da camada intermediária. A superfície interna anular da faixa 16 foi ligada à superfície externa anular da faixa 14, e a faixa 16 progrediu ao longo do mandril oco 47 no sentido da correia de compressão do terceiro estágio 59. A faixa 16 foi deixada deslocar-se pelos estágios remanescentes da máquina de enrolamento 71, e, antes de encontrar a correia de compressão em cada estágio, o motor de acionamento de cabestrante nesse estágio foi ligado e ajustado à velocidade do motor de acionamento de cabestrante do segundo estágio.

[0066] Uma vez que a faixa 16 tenha progredido por todos os estágios da máquina de enrolamento 71, a terceira faixa 18 de pano não-tecido 17 foi iniciada por alimentação da tira de pano não-tecido 17 entre a correia de compressão do terceiro estágio 59 e a superfície externa anular da faixa 16. O pano não-tecido 17 foi enrolado helicoi-dalmente em um modo de sobreposição nele mesmo formando a faixa 18, na medida em que era acionado sob a correia de compressão 59 e ao longo do mandril oco 47. O conjunto de aquecedores do terceiro estágio 67 foi ligado e alimentado com uma voltagem de eletricidade suficiente para manter a temperatura do ponto de alisamento de 148,9*0 (300*F) na superfície externa anular da fai xa 18. Na medida em que o diâmetro externo da faixa 18 aumentou, o cabestrante acionado do terceiro estágio se movimentou no sentido do cabestrante de acionamento do terceiro estágio, de modo a encurtar a distância entre eles e manter uma pressão de 68,9 quilopascais (10 libras por polegada quadrada) exercida na faixa 18 da correia de compressão 59. Essa pressão de compressão foi uma consequência da tensão na correia de compressão 59, que foi desenvolvida pela pressão nominal no cilindro de ar tensor do segundo estágio de 344,5 quilopascais (50 libras por polegada quadrada). O movimento do cabestrante acionado do terceiro estágio foi feito por alteração da pressão no cilindro de ar tensor do terceiro estágio. O codificador linear digital do terceiro estágio detectou o movimento do cabestrante acionado do terceiro estágio, e as modificações adequadas na velocidade do motor de acionamento do cabestrante do terceiro estágio foram feitas, se necessário, para sincronizar a velocidade do motor de acionamento do cabestrante do terceiro estágio com aquela do motor de acionamento do cabestrante do primeiro estágio. A temperatura do ponto de alisamento de 148,9*0 (300*F) auxiliou na compressão e na ligação das fibras de base entre as camadas da faixa 18. Sob essa aplicação simultânea de calor e compressão, a espessura da tira de pano não-tecido 17 foi comprimida por aproximadamente 50% e ocasionou aglutinação da camada intermediária. A superfície interna anular da faixa 18 foi ligada à superfície externa anular da faixa 16, e a faixa 18 progrediu ao longo do mandril oco 47 no sentido da correia de compressão do quarto estágio 61. A faixa 18 foi deixada deslocar-se pelos estágios remanescentes da máquina de enrolamento 71, e, antes de encontrar a correia de compressão do quarto estágio, o motor de acionamento de cabestrante do quarto estágio foi ajustado à velocidade do motor de acionamento de cabestrante do terceiro estágio.

[0067] Uma vez que a faixa 18 tenha progredido por todos os estágios remanescentes da máquina de enrolamento 71, a quarta faixa 20 do pano não-tecido 19 foi iniciada por alimentação da tira de pano não-tecido 19 entre a correia de compressão do quarto estágio 61 e a superfície externa anular da faixa 18. O tira de pano não-tecido 19 foi enrolada helicoidalmente de um modo de sobreposição nela mesma formando a faixa 20, na medida em que era acionada sob a correia de compressão 61 e ao longo do mandril oco 47. O conjunto de aquecedores do quarto estágio 68 foi ligado e alimentado com uma voltagem de eletricidade suficiente para manter uma temperatura do ponto de alisamento de 148,9Ό (300Έ) na superfície externa da faixa 20. Na medida em que o diâmetro externo da faixa 20 aumentou, o cabestrante acionado do quarto estágio se movimentou no sentido do cabestrante de acionamento do quarto estágio, de modo a encurtar a distância entre eles e manter uma pressão de 68,9 quilopascais (10 libras por polegada quadrada) exercida na faixa 20 da correia de compressão 61. Essa pressão de compressão foi uma consequência da tensão na correia de compressão 61, que foi desenvolvida pela pressão nominal no cilindro de ar tensor do terceiro estágio de 344,5 quilopascais (50 libras por polegada quadrada). O movimento do cabestrante acionado do quarto estágio foi feito por alteração da pressão no cilindro de ar tensor do quarto estágio. O codificador linear digital do quarto estágio detectou o movimento do cabestrante acionado do terceiro estágio, e as modificações adequadas na velocidade do motor de acionamento do cabestrante do quarto estágio foram feitas, se necessário, para sincronizar a velocidade do motor de acionamento do cabestrante do quarto estágio com aquela do motor de acionamento do cabestrante do primeiro estágio. A temperatura do ponto de alisamento de 148,90 (30013) auxiliou na compressão e na ligação das fib ras de base entre as camadas da faixa 20. Sob essa aplicação simultânea de calor e compressão, a espessura da tira de pano não-tecido 19 foi comprimida por aproximadamente 50% e ocasionou aglutinação da camada intermediária. A superfície interna anular da faixa 20 foi ligada à superfície externa anular da faixa 18, e a faixa 20 progrediu ao longo do mandril oco 47 no sentido dos dispositivos de medida e corte, da qual se mediu e cortou um comprimento de 76,2 centímetros (30 polegadas).

[0068] O elemento filtrante resultante 11 tinha um diâmetro interno nominal de 2,54 centímetros (1 polegada), um diâmetro externo nominal de 6,35 centímetros (2,5 polegadas) e foi cortado a um comprimento de 76,2 centímetros (30 polegadas). Pesou 453,6 gramas (1 libra) e tinha uma capacidade de escoamento de ar de 566,4 litros (20 pés cúbicos) por minuto, produzindo um diferencial de pressão de 12,5 centímetros (4,9 polegadas) de coluna de água.

[0069] Em uma concretização alternativa da invenção, uma correia louca pode ser incluída em um ou mais estágios da máquina de enro-lamento multiestágio 71, de modo a manter o mandril oco 47 em uma posição adequadamente fixa.

[0070] Em outra concretização da invenção, uma pluralidade de tiras de pano não-tecido é adicionada em um estágio único da máquina de enrolamento multiestágio 71.

[0071] Deve-se notar que o processo para produção do elemento filtrante da presente invenção, como descrito acima, dota o elemento filtrante com uma área superficial que inclui múltiplas camadas de sobreposição de meios (isto é, faixas), com o que as camadas adjacentes têm um plano de interseção no ponto de união. Esse projeto, em uma concretização, pode melhorar a capacidade de filtração das faixas. Além disso, com esse projeto, um gradiente de densidade dentro do elemento filtrante 11 pode ser proporcionado pela profundidade do elemento filtrante 11.

[0072] Antes de ir adiante, pode ser útil definir alguns dos termos que vão ser usados a seguir. "Tamanho de poro" é uma indicação do tamanho dos poros nos meios, que determina o tamanho das partículas incapaz de passar pelos meios, isto é, a classificação granulomé-trica (em mícrons). Para a maior parte dos meios, isso pode ser relacionado como uma distribuição, uma vez que o tamanho do poro pode não ser uniforme ao longo deles. "Permeabilidade" é uma medida da resistência do meio a escoar. Essa pode ser medida em ar ou em um líquido. Uma permeabilidade mais alta significa menos resistência a escoar e uma queda de pressão mais baixa pelo meio para um determinado escoamento. Uma permeabilidade mais baixa significa mais resistência a escoar ou uma alta queda de pressão pelo meio para um determinado escoamento. "Tamanho de fibra" é uma medida do tamanho das fibras no meio. Esse é medido em mícrons, ou para polímero, em denier. Geralmente, quanto menor a fibra, menor os poros no meio. Há, geralmente, uma distribuição de tamanhos de fibra que pode variar com base no projeto. "Peso de base" é quanto pesa o meio para uma determinada área superficial. Esse é geralmente medido em gramas por metro quadrado ou libras (Ib) por jarda quadrada. "Porosida-de" (volume de vazios) é uma medida de quanto do volume do meio é espaço aberto. Geralmente, uma maior porosidade indica uma maior capacidade de retenção de sujeira dentro do meio e uma maior permeabilidade.

[0073] Como indicado acima, o material usado e o processo de fabricação podem influenciar as características do meio. Para esse fim, as características do meio podem ser utilizadas para desenvolver um filtro que pode ter uma capacidade de filtração relativamente significativa. É bem estabelecido que as três medidas primárias de desempenho de filtração, isto é, capacidade de escoamento, classificação granulométrica (em mícrons) e capacidade de retenção de partícula, podem ser relacionadas proporcionalmente entre si. Por exemplo, na medida em que a classificação granulométrica (em mícrons) fica mais estreita, a capacidade de escoamento tende a diminuir. Igualmente, na medida em que a classificação granulométrica (em mícrons) fica mais estreita, a capacidade de retenção de partículas tende a diminuir. Consequentemente, com base nessas características, um elemento filtrante pode ser projetado, de acordo com uma concretização da presente invenção, cuja capacidade de filtração pode proporcionar a capacidade de remover contaminante, enquanto tendo altas retenção de partícula e capacidade de escoamento, e a capacidade de manter uma classificação granulométrica (em mícrons) específica.

[0074] Com referência a outra concretização da presente invenção, para melhorar ainda mais a capacidade de filtração do elemento filtrante 11, a presente invenção pode dotar o elemento filtrante com uma camada intermediária de meio dentro de pelo menos uma das faixas 14, 16, 18 ou 20. A presença dessa camada intermediária no elemento filtrante 11 pode, em uma concretização, dotar o elemento filtrante 11 com uma área superficial adicional para filtração. Em particular, na medida em que a camada intermediária pode ser diferente em características e propriedades das faixas de elementos filtrantes subjacentes 14, 16, 18 e 20, pode haver uma variação distinta e abrupta em densidade, tamanho de fibra, etc., que, na verdade, cria uma área superficial adicional dentro da construção contígua de um elemento filtrante da presente invenção. Essa camada intermediária também pode criar a capacidade de mudar a direção de escoamento e aumentar a deposição de contaminantes dimensionados especificamente.

[0075] Voltado agora para a Figura 6A, ilustra-se uma vista em seção transversal de um elemento filtrante sem núcleo de sobreposição múltipla 60, de acordo com uma concretização da presente invenção. O elemento filtrante 60, como ilustrado na Figura 6A, pode ser fabricado por uso do processo descrito acima. Para essa finalidade, similar ao elemento filtrante 11, o elemento filtrante 60 pode incluir múltiplas faixas 61, 62, 63 e 64. Naturalmente, mais ou menos faixas podem ser proporcionadas, como desejado. O elemento filtrante 60 pode incluir ainda uma camada intermediária 65, disposta dentro de pelo menos uma faixa de enrolamento, tal como a faixa 61. A presença da camada intermediária 65 dentro da faixa de sobreposição 61 do elemento filtrante 60 pode permitir que o elemento filtrante 60 seja projetado de um modo tal a controlar e conferir um modelo de filtração ou escoamento do fluido movimentando-se dentro do elemento filtrante 60, por exemplo, em uma direção substancialmente axial.

[0076] De acordo com uma concretização da presente invenção, a camada intermediária 65 pode ser feita de um material ou materiais, que possam proporcionar características diferentes daquelas das faixas 61 a 64. Em uma concretização, essas características podem ser conferidas com base, por exemplo, no tamanho das fibras, bem como no processo ou receita usado na produção da camada intermediária 65. Em geral, as fibras usadas podem vir em diferentes diâmetros, tipicamente, de tamanho em mícrons (isto é, 1/1.000.000 metro). O diâmetro também pode ser indicado em denier. Um denier é o peso em gramas de 9.000 metros da fibra. Usando-se, por exemplo, a densidade do polímero na fibra, o diâmetro da fibra pode ser calculado do denier. Em uma concretização, a camada intermediária 65 pode ser feita de uma mistura de fibras de diâmetros bem diferentes. Essa mistura ou receita pode determinar o desempenho ou as características da camada intermediária 65, e, dependendo da aplicação, o desempenho ou características da camada intermediária 65 pode ser substancialmente diferente ou ligeiramente diferente das características ou de- sempenho das faixas 61 a 64.

[0077] Os exemplos de materiais que podem ser usados na fabricação da camada intermediária 65 podem variar amplamente, incluindo metais, tal como aço inoxidável, componentes inorgânicos, como fibra de vidro ou cerâmica, celulose orgânica, papel, ou polímeros orgânicos, tais como polipropileno, poliéster, náilon, etc., ou uma combinação deles. Esses materiais têm diferentes resistências químicas e outras propriedades.

[0078] Além disso, olhando agora para a Figura 6B, a camada intermediária 65, em uma concretização, pode ser proporcionada de uma tira, tal como a tira 651, com uma largura substancialmente similar em tamanho àquela de uma tira, tal como a tira 611, sendo usada na produção da faixa dentro da qual a camada intermediária 65 é disposta. Alternativamente, a camada intermediária 65 pode ser proporcionada de uma tira com uma largura mensuravelmente menor do que a largura da tira usada na faixa dentro da qual a camada intermediária 65 é disposta. Em uma concretização, a camada intermediária 65 pode incluir uma largura aproximadamente 5,1 centímetros (2 polegadas) menor do que a largura da tira usada na faixa.

[0079] Para dispor a camada intermediária 65 na maneira ilustrada na Figura 6A, no início do processo de fabricação, a tira 651, da qual a camada intermediária 65 é formada, pode ser colocada substancialmente paralela à, e contra a, superfície da, por exemplo, tira 611, usada na formação da, por exemplo, faixa 61. A tira 611, fabricada pelo processo indicado acima, pode ser de natureza não-tecido. Em uma concretização, a tira 651, que pode ser não-tecido ou diferente, pode ser colocada contra uma superfície da tira 611, que pode se tornar, subsequentemente, uma superfície interna da faixa 61. Alternativamente, a tira 651 pode ser colocada contra uma superfície da tira 611, que pode se tornar, subsequentemente, uma superfície externa da fai- xa 61. Depois, na medida em que a tira 611 é enrolada em torno do mandril 47, para formar a faixa 61, a tira 651 pode ser enrolada simultaneamente juntamente com a tira 611, para proporcionar a configuração mostrada na Figura 6A. Em outras palavras, por exemplo, cada camada da tira de camada intermediária 651 pode ser emparedada entre duas camadas de sobreposição adjacentes da tira de não-tecido 611. Deve-se notar que a camada intermediária 65, dentro da faixa 61, é proporcionada acima e abaixo da rota 67 formada pelo mandril 47, durante o processo de enrolamento, tal como aquela ilustrada na Figura 6A. Além do mais, a despeito de ser ilustrada em relação a apenas uma faixa 61, deve-se considerar que a camada intermediária 65 pode ser disposta dentro de uma ou mais das faixas remanescentes 62 a 64. Além do mais, cada camada intermediária 65 em cada uma das faixas 61 a 64, em uma concretização, pode ser dotada com características diferentes ou similares às outras camadas intermediárias, dependendo da aplicação ou desempenho particular desejado.

[0080] Em uma concretização alternativa, como ilustrado na Figura 7, em vez de proporcionar a camada intermediária 65 dentro da faixa de sobreposição 61, uma folha intermediária 75 pode ser proporcionada circunferencialmente em torno da faixa de sobreposição 71. Para dispor a folha intermediária 75 na maneira ilustrada na Figura 7, em uma concretização, subsequente à formação da faixa de sobreposição 71, uma tira, usada na formação da folha intermediária 75, pode ser envolvida ou enrolada em uma maneira de sobreposição similar àquela para a faixa 71 em torno de uma superfície externa da faixa 71, para proporcionar um perfil de sobreposição apresentado pela folha intermediária 75 na Figura 7. Naturalmente, embora ilustrada com apenas uma folha intermediária, a folha intermediária 75 pode ser proporcionada em torno de uma ou mais das faixas remanescentes no elemento filtrante 70.

[0081] Alternativamente, em vez de proporcionar uma folha intermediária 75 de sobreposição, uma folha intermediária 85, olhando-se agora para a Figura 8, pode ser disposta como uma camada ao longo de todo um comprimento do elemento filtrante 80 e dentro da faixa 81. Nessa concretização, a tira 851 pode ser dotada com um comprimento substancialmente similar àquele do elemento filtrante 80 e uma largura substancialmente similar a uma circunferência da faixa 81. Desse modo, a faixa 81 do elemento filtrante 80 pode ser posicionada ao longo do comprimento da tira 851, e a largura da tira 851 enrolada subsequentemente uma vez em torno da faixa 81. Isso pode ser feito, naturalmente, durante a formação da faixa 81, de modo que a folha intermediária 85 pode ser proporcionada dentro da faixa 81, ou após a formação da faixa 81, de modo que a folha intermediária 85 pode ser proporcionada em torno de uma superfície externa da faixa 81. A folha intermediária 85 pode ser também proporcionada em torno de uma ou mais faixas remanescentes no elemento filtrante 80.

[0082] Em uma concretização relacionada, a tira 851 pode ser dotada com um comprimento mais curto do que aquele do elemento filtrante 80. Com um comprimento mais curto, a folha intermediária 85 pode ser proporcionada em torno de cada faixa do elemento filtrante 80 e em uma forma escalonada de uma faixa para a outra (não mostrado).

[0083] Além dos materiais (por exemplo, tipos e tamanhos), as características ou propriedades da camada intermediária 65, bem como das faixas 61 a 64, que podem ser referidas a seguir como meios, podem ser dependentes do tamanho de poro, permeabilidade, peso de base e porosidade (volume de vazios), entre outros. A combinação dessas propriedades pode dotar a camada intermediária 65, juntamente com as faixas 61 a 64, com uma capacidade de escoamento particular (diferencial de pressão do fluido pelo filtro), classificação granu- lométrica (em mícrons) (o tamanho das partículas que vão ser removidas do elemento filtrante 60), capacidade de retenção de partículas (a quantidade de contaminante que pode ser removida do processo pelo elemento filtrante 60, antes que fique bloqueado), e as propriedades físico-químicas.

[0084] Além do mais, dotando-se o elemento filtrante 60 com a camada intermediária 65, tendo diferentes características ou propriedades daquelas apresentadas pelas múltiplas faixas de sobreposição 61 a 64, pode haver, por exemplo, uma variação distinta e abrupta na densidade dentro do elemento filtrante 60, que, de fato, pode criar uma área superficial adicional, propiciando, desse modo, a geração de uma densidade gradiente dentro do elemento filtrante 60, em um nível micro, bem como em um nível macro.

[0085] A presença da camada intermediária 65 dentro do elemento filtrante 60 pode também conferir, em uma concretização, uma rota de escoamento de fluido substancialmente axial ao longo do elemento filtrante 60. Geralmente, o escoamento de fluido pelas faixas de sobreposição, por exemplo, as faixas 61 a 64, é uma direção substancialmente radial pelo elemento 60, de fora para dentro ou de dentro para fora. No entanto, por uso de uma camada intermediária de meios mais denso ou menos permeável, como descrito acima, o escoamento do fluido pelo elemento filtrante 60 pode ser dirigido substancialmente axialmente ao longo do comprimento do elemento filtrante 60, como ilustrado pela seta 66 na Figura 6A.

[0086] Um fato bem estabelecido em filtração por uso de meio profundo, tal como o elemento filtrante 60, é a capacidade em remover partículas que são relativamente menores do que o tamanho de poro. Partículas muito pequenas em um gás, por exemplo, podem se movimentar aleatoriamente no que foi descrito como movimento browniano. Essas partículas podem entrar em contato com fibras ou líquido retidos em um elemento filtrante, e podem ser removidas ainda que, devido aos seus tamanhos, possam facilmente passar pelos poros maiores dentro das faixas do elemento filtrante. Além disso, as partículas em um fluido tendem a ter mais massa do que o fluido dentro do qual são encontradas. Por conseguinte, há uma tendência para que as partículas escoem em uma linha relativamente reta. Esse modelo de escoamento pode criar um impacto inercial das partículas com uma fibra, o que propicia que as partículas grudem na fibra e sejam removidas. De novo, ainda que essas partículas possam ser suficientemente pequenas para passar pelos poros do filtro, não são no entanto removidas.

[0087] Ambos esses mecanismos de remoção, em uma concretização, podem igualmente aumentar a capacidade de filtração, pois a rota ao longo da qual as partículas devem se deslocar pelo elemento filtrante ficam mais tortuosa e/ou mais longa. Em particular, com uma rota de deslocamento mais tortuosa e/ou mais longa, a probabilidade de contato pela partícula pode aumentar. A probabilidade de contato é a probabilidade que uma partícula vai entrar em contato com uma fibra ou, no caso em que o fluido é um gás, entrar em contato com o líquido retido dentro do elemento filtrante, o que propicia a sua remoção. Consequentemente, conferindo escoamento axial ao longo do elemento filtrante, o elemento filtrante 60 da presente invenção pode aumentar substancialmente a sua capacidade em remover partículas relativamente pequenas, enquanto aumentando a sua capacidade de escoamento (isto é, remoção de partículas na faixa de mícrons, enquanto proporcionando maiores retenção de partículas e capacidade de escoamento).

[0088] Por exemplo, em um elemento filtrante de líquido tendo um diâmetro externo (OD) de cerca de 6,3 cm (2,5") e um diâmetro interno (ID) de 3,0 cm (1,19"), a profundidade radial do elemento filtrante pode ser cerca de 1,7 cm (0,655"). Com esse elemento filtrante, uma partí- cuia ou um contaminante pode escoar tipicamente radialmente aproximadamente em 1,7 cm (0,655"), para passar por esse filtro. Por outro lado, quando esse filtro é dotado com uma camada intermediária de largura aproximada de 10,2 cm (4,0"), por exemplo, a camada intermediária 65, dentro de uma faixa, tal como a faixa 61 na Figura 6A, a partícula escoando pelo elemento filtrante deve então escoar ao longo de uma direção ilustrada pela seta 66. Dependendo de onde a partícula entra em contato com a camada intermediária 65, se no ponto A ou B ou em algum lugar entre eles, a partícula pode se deslocar por aproximadamente até 11,8 cm (4,665"), antes que possa passar pelo elemento filtrante. Essa distância é até cerca de 7,1 vezes a distância sem a camada intermediária, desse modo, aumentando bastante a probabilidade de contato para remoção do contaminante. Naturalmente, se outra camada intermediária de 10,2 cm (4,0") for proporcionada dentro de uma segunda faixa, a distância percorrida vai ser de até 22,0 cm (8,665"), ou 13,2 vezes aquela de um elemento filtrante sem uma camada intermediária.

[0089] Usando-se a camada intermediária 65 da presente invenção, juntamente com as características que podem ser conferidas a cada uma das faixas 61 a 64, um elemento filtrante pode ser produzido, com o qual um modelo de escoamento (isto é, direção do escoamento de fluido) projetado especificamente pode ser conferido a um fluido movimentando-se pelo elemento filtrante. Em particular, entre os dois extremos, se, por exemplo, a camada intermediária 65 for substancialmente impermeável, então o escoamento axial pode ser obrigatório pela faixa dentro da qual a camada intermediária 65 pode ser disposta, até que o escoamento atinja uma extremidade de saída da faixa. Se, por outro lado, a camada intermediária 65 for substancialmente similar em características e propriedades à faixa dentro da qual a camada intermediária 65 pode ser disposta, então o escoamento por es- sa faixa vai provavelmente continuar em uma direção substancialmente radial pela camada intermediária e faixa, com pouco ou nenhum escoamento axial.

[0090] A capacidade de projetar um modelo de escoamento pelo elemento filtrante depende de encontrar um equilíbrio e uma combinação corretos entre os dois extremos descritos acima. Em uma concretização, a camada intermediária 65 pode ser projetada para ser mais densa e menos permeável do que a faixa dentro da qual a camada intermediária é disposta. Como tal, quando o fluido contendo contami-nante atinge a camada intermediária 65, a direção de escoamento pode ser pela camada intermediária ou axialmente, dependendo do conteúdo do fluido. A direção de escoamento, em uma concretização, pode ser ditada pelo tamanho de poro, permeabilidade e outras características conferidas à faixa e à camada intermediária 65.

[0091] Na medida em que a camada intermediária relativamente densa 65 pode ser permeável, em uma concretização, uma filtração de escoamento transversal pode ser permitida pela camada intermediária 65. Especificamente, na medida em que o fluido escoa ao longo da camada intermediária 65, o fluido pode ser deixado escoar pela camada intermediária permeável 65, deixando o contaminante atrás. Pelo tempo de vida útil do elemento filtrante, na medida em que a camada intermediária relativamente densa 65 fica bloqueada com contaminan-tes, o fluido escoando pela camada intermediária 65 pode ser forçado a escoar por uma rota de escoamento alternativa, por exemplo, na direção da seta 66 na Figura 6A, pela faixa mais permeável tendo maior volume de vazios.

[0092] Deve-se considerar que quando uso de uma camada intermediária, produzida com um material diferente daquele usado para a faixa dentro da qual a camada intermediária é disposta, pode ser possível estabelecer cargas eletrostáticas, devido a uma interação quími- ca dos dois diferentes materiais bem próximos. A geração de cargas eletrostáticas, devido a essa interação físico-química, pode propiciar a fabricação de um elemento filtrante contendo uma ampla variedade de tamanhos de fibra. Além disso, essa interação pode propiciar a fabricação de uma matriz de fibra diversa, com fibras diferentes em diferentes locais. Os exemplos de fibras, que podem ser empregadas na fabricação da camada intermediária e faixas do elemento filtrante da presente invenção, incluem fibras finas, incluindo aquelas de fibra de vidro, expandidas em fusão, ou de avanços recentes de nanofibras ou nanopartículas.

[0093] Na medida em que as nanopartículas podem ser incorporadas na camada intermediária 65, essas nanopartículas podem ser um material absorvente de refugo, capaz de absorver contaminantes de metais pesados, tais como mercúrio inorgânico (por exemplo, cátion divalente de Hg2+, monovalente de Hg22+, e compostos neutros como HgCI2, Hg[OH]2), mercúrio orgânico, tal como metilmercúrio (por exemplo, CH3HgCH3 ou CH3Hg+), em consequência da reação enzi-mática na lama, mercúrio metálico, prata, chumbo, urânio, plutônio, netúnio, amerício, cádmio e suas combinações.

[0094] O material absorvente de refugo, em uma concretização, pode ser um material nanossorvente, fabricado de monocamadas au-torreunidas em suportes mesoporosos (SAMMS). O suporte pode ser produzido de vários materiais porosos, incluindo sílica. Um exemplo de um material SAMMS, que pode ser usado em conjunto com a presente invenção, inclui tiol-SAMMS, tal como aquele descrito na patente U.S. 6.326.326, cuja patente é incorporada por referência no presente relatório descritivo.

[0095] De acordo com uma concretização da presente invenção, o material nanossorvente pode ser partículas porosas variando de cerca de 5 mícrons a cerca de 200 mícrons em tamanho. Em uma concreti- zação, as partículas, em média, podem variar de cerca de 50 mícrons a cerca de 80 mícrons em tamanho, podem incluir um tamanho de poro variando de cerca de 3 nanômetros (nm) a cerca de 4 nm, e podem ser dotadas com uma densidade aparente variando de cerca de 0,2 gramas/mililitro a cerca de 0,4 gramas/mililitro.

[0096] O projeto de camada intermediária da presente invenção, como mencionado acima, pode ser usado em conjunto com um elemento filtrante, para tratar fluido contaminado. O fluido contaminado, que pode ser tratado inclui fluido viscoso, tal como óleo, ou fluido não viscoso, tal como um líquido ou um gás. Em uma aplicação envolvendo coalescência de gás / líquido, um desafio pode surgir envolvendo a remoção de aerossóis muito finos, enquanto mantendo a vida útil do elemento coalescente por um maior período de tempo, na presença de contaminantes sólidos. Observou-se que por uso de um projeto de camada intermediária da presente invenção, aerossóis muito finos podem ser capturados nas fibras finas da camada intermediária e podem coalescer em gotículas, cujas gotículas formam eventualmente um escoamento fluido abaixo em uma rota axial. O escoamento axial das gotículas / fluido, em uma concretização, pode aumentar a vida útil do elemento coalescente por permitir que alguns dos contaminantes sejam removidos nos líquidos drenados em vez de ficarem presos na camada intermediária e eventualmente bloqueando a mesma. Até um certo ponto, isso confere um efeito de autolimpeza na camada intermediária, o que pode estender a sua vida útil.

[0097] Em uma concretização alternativa, uma camada intermediária, que é menos densa e mais aberta do que a faixa dentro da qual é disposta, pode ser usada em uma aplicação envolvendo coalescência de gás / líquido. Nessa concretização, uma área dentro do elemento coalescente pode ser criada quando contaminantes se acumulam e são depositados.

[0098] Além do mais, deve-se considerar que quando uma folha intermediária, tal como a folha intermediária 85, é projetada para ser substancialmente mais densa e menos impermeável do que a faixa em torno da qual é enrolada, o fluido escoando pelo elemento filtrante pode ser forçado a movimentar-se substancialmente ao longo de todo o comprimento do elemento filtrante, uma vez que o fluido pode ser incapaz de atravessar a folha intermediária densa.

[0099] Ainda que a invenção tenha sido descrita em conjunto com as suas concretizações específicas, deve-se entender que é capaz ser ainda modificada. Além do mais, esse pedido é intencionado para cobrir quaisquer variações, usos ou adaptações da invenção, incluindo esses desvios da presente descrição, como estando dentro da prática conhecida ou costumeira na técnica à qual a invenção se refere-se.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Elemento filtrante (60), compreendendo: uma tira de não-tecido (611) tendo uma porosidade selecionada e sendo enrolada em espiral nela mesma em múltiplas camadas sobrepostas para formar faixa múltiplas de uma espessura radial selecionada; uma tira de disposição intermediária (651) sendo menos permeável do que a tira de não-tecido (611) e sendo disposta dentro de uma faixa (61) formada pela tira de não-tecido (611), sendo que a faixa (61) dentro da qual está disposta a tira de disposição intermediária (651) está disposta, é formável pelo posicionamento da tira de disposição intermediária (651) substancialmente paralela a e de encontro a uma superfície de uma tira de não-tecido (611) e pelo enrolamento simultâneo da tira de não-tecido (611) e da tira de disposição intermediária (651), caracterizado pelo fato de que a tira de disposição intermediária (651) é disposta em camadas múltiplas sobrepostas dentro da faixa (61) formada pela tira de não-tecido (611) e cada camada da tira de disposição intermediária (651) é emparedada entre duas camadas adjacentes sobrepostas da tira de não tecido (611); e uma rota de escoamento fluido (66) definida pela tira de disposição intermediária (651), de modo a controlar e conferir um modelo de escoamento particular pelo elemento filtrante (60) direcionado de uma direção substancialmente radial através do elemento filtrante (60) até uma direção substancialmente axial ao longo do comprimento do elemento filtrante (60); sendo que o elemento filtrante (60) é um elemento filtrante isento de núcleo.

2. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a faixa (61) dentro da qual está disposta a tira de disposição intermediária (651) está disposta, é formável pelo posicionamento da tira de disposição intermediária (651) substancialmente paralela a e de encontro a uma superfície de uma tira de não-tecido (611) e pelo enrolamento simultâneo da tira de não-tecido (611) e da tira de disposição intermediária (651) ao redor de um mandril (47), de modo que cada camada da tira de disposição intermediária (651) é emparedada entre duas tiras de não-tecido (611) adjacentes e sobrepostas e a tira de disposição intermediária (651) é provida acima e abaixo com uma rota (67) formada pelo mandril (47) durante o enrolamento.

3. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira de não-tecido (611) é enrolada heli-coidal e termicamente fundida e comprimida, de modo a ter uma forma substancialmente tubular; e/ou onde a tira de não-tecido (611) é produzida de um material que pode induzir cargas eletrostáticas devido a uma interação físico-química entre a tira de não-tecido (611) e a tira de disposição intermediária (651).

4. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira de disposição intermediária (651) é elaborada para remover partículas ou contaminantes de tamanho menor do que aqueles removidos pela tira de não-tecido (611).

5. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um material, do qual a tira de disposição intermediária (651) pode ser produzida, inclui um de metais, componentes inorgânicos, celulose orgânica, polímeros orgânicos, ou uma combinação deles.

6. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um material, do qual a tira de disposição intermediária (651) pode ser produzida, inclui um de aço inoxidável, fibra de vidro, fibras expandidas em fusão, cerâmica, papel, polipropi-leno, poliéster, náilon, outros materiais poliméricos, partículas porosas feitas de monocamadas autoagregadas em suportes mesoporosos (SAMMS), ou uma combinação deles; opcionalmente as partículas porosas são feitas de sílica, ou as partículas porosas têm um tamanho de poro variando de cerca de 3 nanômetros (nm) a cerca de 4 nm a cerca de 4 nm.

7. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira de disposição intermediária (651) é feita de um material diferente daquele usado para a tira de não-tecido (611); e/ou a tira de disposição intermediária (651) tem uma capacidade de escoamento, classificação de abertura em mícrons, capacidade de retenção de partícula e propriedades físico-químicas particulares; e/ou a tira de disposição intermediária (651) proporciona uma diferença bem definida em densidade daquela na tira de não-tecido (611), de modo a permitir a existência de um gradiente de densidade dentro do elemento filtrante (60).

8. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tira de disposição intermediária (651) é disposta em uma camada ao longo de todo o comprimento do elemento filtrante (60) e dentro da faixa (61) formada pela tira de não-tecido (611).

9. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a rota de escoamento fluido (66), definida pela tira de disposição intermediária (651), é elaborada para proporcionar uma rota longa e tortuosa, ao longo da qual o fluido escoa pelo elemento filtrante (60); e/ou a rota de escoamento fluido (66), definida pela tira de disposição intermediária (651), é elaborada de modo que, por impacto inercial ou movimento browniano das partículas no escoamento fluido, partículas de uma tamanho relativamente menor do que o tamanho de poro no elemento filtrante (60) podem ser removidas.

10. Elemento filtrante de acordo com a reivindicação 1, ca- racterizado pelo fato de que inclui ainda uma segunda tira de não-tecido, tendo uma porosidade selecionada e sendo enrolada em espiral nela mesma, em um múltiplas camadas sobrepostas, para formar uma faixa selecionada de uma espessura radial selecionada em torno da faixa formada pela tira de não-tecido (611); opcionalmente incluindo ainda uma segunda tira de disposição intermediária, tendo uma porosidade diferente daquela da tira de não-tecido (611) e sendo disposta dentro da segunda faixa, formada pela segunda tira de não-tecido.

11. Processo de fabricação de um elemento filtrante, o processo caracterizado pelo fato de que compreende: proporcionar uma tira de não-tecido (611) tendo uma porosidade selecionada, uma superfície interna e uma superfície externa; colocar uma tira de disposição intermediária (651) tendo uma porosidade diferente da tira de não-tecido (611), em paralelo e contra uma das superfícies da tira de não-tecido (611); e enrolar em espiral a tira de não-tecido (611) e a tira de disposição intermediária (651) simultaneamente em múltiplas camadas sobrepostas, de modo que uma faixa (61), tendo uma espessura radial selecionada, seja formada tendo emparedada nela camadas sobrepostas da tira de disposição intermediária (651).

12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de proporcionar inclui a produção da tira de não-tecido (611) a partir de um material diferente daquele usado para a tira de disposição intermediária (651).

13. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de colocar inclui colocar a tira de disposição intermediária (651) contra uma superfície interna da tira de não-tecido (611); ou colocar a tira de disposição intermediária (651) contra uma superfície externa da tira de não-tecido (611); e/ou a etapa de colocar inclui elaborar a tira de disposição intermediária (651) para pro- porcionar capacidade de escoamento, classificação de abertura em mícrons, capacidade de retenção de partícula e propriedades físico-químicas particulares

14. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que, na etapa de colocar, um material do qual a tira de disposição intermediária (651) pode ser feita inclui um de metais, componentes inorgânicos, celulose orgânica, polímeros orgânicos, ou uma combinação deles; por exemplo, aço inoxidável, fibra de vidro, fibras expandidas em fusão, cerâmica, papel, polipropileno, poliéster, náilon, outros materiais poliméricos, partículas porosas feitas de mo-nocamadas autoagregadas em suportes mesoporosos (SAMMS), ou uma combinação deles.

15. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de enrolar em espiral inclui dispor a tira de disposição intermediária (651), de uma maneira tal que cada camada da tira de disposição intermediária (651) seja emparedada entre duas camadas sobrepostas adjacentes da tira de não-tecido (611); e/ou incluindo ainda definir, por meio das camadas múltiplas da tira de disposição intermediária (651), uma rota de escoamento fluido (66) substancialmente axial ao longo do elemento filtrante (60), opcionalmente, na etapa de definir, a rota de escoamento fluido (66) confere, por meio de impacto inercial ou movimento browniano de partículas no escoamento fluido, uma capacidade para a remoção de partículas de tamanho relativamente menor do que o tamanho de poro no elemento filtrante (60).

16. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui ainda enrolar em espiral, em torno da superfície externa da primeira faixa (61), uma segunda tira de não-tecido (611) tendo uma porosidade selecionada nela mesma, em múltiplas camadas sobrepostas, para formar uma segunda faixa (62) de uma espessura radial selecionada em torno da superfície externa da primeira faixa (61); opcionalmente incluindo ainda enrolar em espiral, simultaneamente com a segunda tira de não-tecido, uma segunda tira de disposição intermediária, tendo uma porosidade diferente daquela da tira de não-tecido (611), de modo que a segunda tira de disposição intermediária seja disposta dentro da segunda faixa em camadas múltiplas.

17. Método de filtração, caracterizado pelo fato de que compreende: proporcionar um elemento filtrante, como definido na reivindicação 1, tendo uma tira de não-tecido porosa (611) sendo enrolada em espiral nela mesma, em múltiplas camadas sobrepostas, para formar uma faixa (61) de uma espessura radial selecionada, uma tira de disposição intermediária (651) tendo uma porosidade diferente daquela da tira de não-tecido (611) e sendo disposta como camadas emparedadas adjacentes e sobrepostas dentro da faixa (61), e uma rota de escoamento (66) substancialmente fluido definida pela tira de disposição intermediária (651); permitir que o escoamento fluido migre substancialmente radialmente dentro do elemento filtrante (60) no sentido da tira de disposição intermediária (651); conferir ao escoamento fluido um modelo de escoamento de substancialmente radial para substancialmente axial ao longo e através do elemento filtrante (60), de modo a remover certos contami-nantes do escoamento fluido; e permitir que o fluido tratado saia do elemento filtrante (60); opcionalmente o método ainda incluindo pelo menos uma entre as seguintes etapas, permitir inclui reter, dentro da tira de não-tecido (611), as partículas relativamente maiores em tamanho do que aquelas retidas dentro da tira de disposição intermediária (651); reduzir, com o tempo, a permeabilidade da tira de disposição intermediária (651), na medida em que partículas adicionais ficam retidas nela, de modo que substancialmente todo o escoamento fluido é eventualmente forçado a escoar axialmente ao longo das camadas sobrepostas da tira de disposição intermediária (651); conferir, inclui dirigir uma quantidade de escoamento fluido em uma direção substancialmente axial, ao longo das camadas sobrepostas da tira de disposição intermediária (651), ou dirigir inclui conferir, por meio de impacto inercial ou movimento browniano de partículas no escoamento fluido, uma capacidade de remover partículas menores em tamanho do que o tamanho de poro no elemento filtrante (60).