BRPI0902892B1

BRPI0902892B1 - Sistema, método para formar tal sistema e método para tratar um material utilizando tal sistema

Info

Publication number: BRPI0902892B1
Application number: BRPI0902892-7A
Authority: BR
Inventors: Richard Howk
Original assignee: Spx Flow, Inc
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2020-06-02
Also published as: CN102084088A; AU2009210493B2; EP2235327B1; WO2009099862A3; BRPI0902892A2; EP2235327A4; WO2009099862A2; US7473025B1; AU2009210493A1; ZA200906191B; CN102084088B; EP2235327A2; ES2439710T3

Abstract

sistema, método para formar tal sistema e método para tratar um material utilizando tal sistema descreve-se uma palheta de impulsor que tem uma parte central de disco plana, pelo menos um par de extensões que se estendem de uma parte central de disco, e pelo menos duas bordas principais definidas pela periferia externa da parte de disco. cada borda principal se estende de uma extensão até uma extensão adjacente, e cada borda principal tem pelo menos uma parte na qual o raio da borda principal a partir do centro aumenta para formar uma curva contínua de raio crescente. cada borda principal forma uma superfície de borda em espiral de raio crescente entre as extensões.

Description

“SISTEMA, MÉTODO PARA FORMAR TAL SISTEMA E MÉTODO PARA TRATAR UM MATERIAL UTILIZANDO TAL SISTEMA

Campo da invenção

[001] A invenção refere-se, em geral, a impulsores de mistura e, mais particularmente, a impulsores de mistura que são submersos em ou pelo menos parcialmente em material líquido e girados por um eixo acionado por motor.

Antecedentes da invenção

[002] Impulsores de mistura estão em amplo uso na indústria. Exemplos de impulsores de mistura industriais incluem desenhos que têm um cubo central e duas, três, quatro ou mais estruturas do tipo palheta estendidas radialmente. Essas palhetas podem ser planas, anguladas e em alguns casos ter um formato de asa ou hélice. Tipicamente, os impulsores estendem-se radialmente para fora a partir de um eixo acionado por motor e são submersos dentro de um material a ser misturado. Frequentemente os impulsores estão em uma mistura pelo menos parcialmente líquida que está sendo confinada em um recipiente, que pode conter o material em um processo de batelada ou um processo contínuo.

[003] Em alguns tipos de aplicações de mistura, um fenômeno indesejável ocorre em que vários materiais sólidos que são arrastados no material líquido sendo misturado acumularão na borda principal da palheta e formarão fragmentos, cordas ou os denominados “farrapos”. Um modo para entender esse fenômeno é considerar impulsores utilizados em barcos, que capturarão ervas que irão aderir a uma borda principal da hélice do barco e

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2/13 impedirão sua eficiência operacional. Similarmente, um ventilador de teto frequentemente acumulará poeira do ar em sua borda principal que se formará em filamentos alongados ou correntes.

[004] Um fenômeno similar ocorre, particularmente, por exemplo, no caso de impulsores de mistura utilizados para tratamento de água de esgoto ou água residual, em que o material sendo misturado tem frequentemente vários tipos de sujeira, partículas sólidas, cabelos e outros materiais que não se dissolvem. À medida que a água é tratada, esses materiais tendem frequentemente a aderir à borda principal de tipos de impulsor existentes, que reduz o fluxo sobre o tipo de impulsor, e reduz a eficiência do impulsor.

[005] Em muitas aplicações industriais, os impulsores são denominados “fluxo axial” em que o líquido na região do impulsor está sendo bombeado na direção em geral paralela ao eixo geométrico do eixo (perpendicular à direção de extensão das palhetas). Em outras instâncias, os impulsores podem ser do tipo denominado “fluxo radial”, em que o material está em geral sendo induzido radialmente para fora para longe do eixo em uma direção paralela à direção de extensão das palhetas. Alguns desses impulsores foram conhecidos por utilizar um disco circular tendo pás que se estendem radialmente para fora a partir dos mesmos.

	[006]	Em vista	do	precedentes,	seria
desejável	ter	um	impulsor	de	mistura que	possa
diminuir,	pelo	menos até certo	ponto, o efeito do
desenvolvimento	de	“farrapos	” ou	outras colet	as que

se aderem à borda principal do impulsor, ou em

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3/13 qualquer borda do impulsor.

Sumário da invenção

[007] Alguns aspectos de algumas modalidades da invenção fornecem um impulsor de mistura que pode mitigar, pelo menos até certo ponto, o efeito do desenvolvimento de farrapos ou outras coletas que se aderem à borda principal do impulsor, ou em qualquer borda do impulsor.

[008] Uma modalidade da presente invenção provê um impulsor tendo uma parte central de disco, pelo menos um par de extensões se estendendo a partir de uma parte central de disco, e pelo menos duas bordas principais definidas pela periferia externa da parte de disco, cada borda principal se estendendo de uma extensão até uma extensão adjacente, e cada borda principal tendo pelo menos uma parte na qual o raio da borda principal a partir do centro aumenta para formar uma curva contínua de raio crescente.

[009] Uma palheta de impulsor tem uma parte central de disco, pelo menos um par de meios indutores de fluxo que se estendem a partir da parte central de disco, e pelo menos duas bordas principais definidas pela periferia externa da parte central de disco, cada borda principal se estendendo de um meio indutor de fluxo até um meio indutor de fluxo adjacente, e cada borda principal tendo pelo menos uma parte na qual o raio da borda principal a partir do centro aumenta para formar uma curva contínua de raio crescente.

[0010] O impulsor tem a parte central de disco situada em um plano, e cada meio indutor de fluxo se projeta para longe do disco em um

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4/13 ângulo em relação ao plano.

[0011] O impulsor tem o número de meios indutores de fluxo que compreende pelo menos três e o número de bordas principais compreende pelo menos três, e em que os meios indutores de fluxo e as bordas principais são simétricos entre si.

[0012]

Foram desse modo delineadas, de forma bem ampla, certas modalidades da invenção para que a descrição detalhada da mesma possa ser entendida de forma melhor, e para que a presente contribuição à técnica possa ser reconhecida de forma melhor. Há, evidentemente, modalidades adicionais da invenção que serão descritas abaixo e que formarão a matéria das reivindicações apensas à presente.

0013]

Nesse aspecto antes de explicar pelo menos uma modalidade da invenção em detalhe, deve ser entendido que a invenção não é limitada em sua aplicação aos detalhes de construção e às disposições dos componentes expostas na seguinte descrição ou ilustradas nos desenhos. A invenção é capaz de modalidades além dessas descritas e de ser posta em prática e realizada de várias maneiras. Também, deve ser entendido que a fraseologia e terminologia empregadas aqui, bem como o resumo, são para fins de descrição e não devem ser considerados como limitadores.

0014]

Como tal, aqueles versados na técnica reconhecerão que o conceito sobre o qual essa descrição se baseia pode ser prontamente utilizado como uma base para o projeto de outras

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5/13 estruturas, métodos e sistemas para realizar as várias finalidades da presente invenção. É importante, portanto, que as reivindicações sejam consideradas como incluindo tais construções equivalentes até onde não se afastem do espírito e escopo da presente invenção.

Breve descrição dos desenhos

[0015]

A figura 1 é uma vista detalhada em perspectiva que mostra um impulsor de acordo com um exemplo de uma modalidade preferida da invenção.

[0016] A figura 2 é uma vista superior do impulsor ilustrado na figura 1.

[0017] A figura 3 é uma vista lateral do impulsor ilustrado na figura 1.

[0018] A figura 4 é um diagrama geométrico que ilustra alguns aspectos de desenho de um impulsor de acordo com outra modalidade preferida da invenção.

Descrição detalhada

[0019]

Algumas modalidades da presente invenção fornecem um impulsor tendo uma parte central de disco, pelo menos um par de extensões que se estendem a partir de uma parte central de disco, e pelo menos duas bordas principais definidas pela periferia externa da parte de disco, cada borda principal se estendendo de uma extensão para uma extensão adjacente, e cada borda principal tendo pelo menos uma parte na qual o raio da borda principal a partir do centro aumenta para formar uma curva contínua de raio crescente. Um aspecto disso é que o desenho provê em algumas circunstâncias um impulsor de mistura que pode

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6/13 diminuir, pelo menos até certo ponto, o efeito do desenvolvimento de farrapos ou outras coletas que se aderem à borda principal do impulsor, ou a qualquer borda do impulsor.

[0020] Algumas modalidades preferidas serão descritas agora com referência às figuras do desenho, nas quais números de referência similares se referem a partes similares do início ao fim. A figura 1 ilustra um impulsor 10 que pode ser montado em um eixo 12 através de um cubo de montagem 14. O eixo 12 é ilustrado como cortado, porém se estenderia tipicamente todo caminho através do cubo 14 ou o cubo 14 pode ser montado na extremidade do eixo 12. Desse modo, vários impulsores 10 podem ser montados ao longo do comprimento de um eixo. Tipicamente, o eixo 12 estende dentro de um recipiente (não mostrado) que contém o material a ser misturado, e é acionado por um motor fora do recipiente.

[0021] No exemplo mostrado, o cubo 14 tem um flange de montagem estendido radialmente para fora 16 com uma base central e uma pluralidade de furos de cavilha 18 através do mesmo. O impulsor 10 tem uma abertura central 20, através da qual o eixo 12 pode passar, e tem também uma pluralidade de furos de cavilha 22 através do mesmo correspondendo a furos de cavilha 18. Desse modo, o impulsor 10 pode ser rigidamente afixado ao cubo 14 por cavilhas que passam através dos furos de cavilha 22 e 18, respectivamente. O cubo 14 pode ser afixado sobre o eixo 12, tanto axialmente como rotacionalmente, através de qualquer um de muitos métodos de fixação conhecidos. Por exemplo, o cubo

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7/13 pode ser soldado ao eixo 12. Similarmente, o impulsor 10 pode ser montado ao cubo 14 através de qualquer método de fixação conhecido, incluindo, por exemplo, ser soldado. Também, o cubo 14 pode ser integrado a ou permanentemente fixado ao impulsor 10.

[0022] Voltando agora em maiores detalhes às figuras 1-3, o impulsor ilustrado 10 inclui uma região central de disco 24 que é substancialmente no formato de uma placa plana. Uma ou mais (nesse caso três) extensões flexionadas para baixo 26 são providas e se inclinam para longe da região de disco 24, como mostrado. No exemplo ilustrado, as extensões 26 se projetam para longe do plano da parte central de disco 24 por um ângulo de faixa X de aproximadamente 30 graus. Será reconhecido que esse ângulo pode variar em qualquer lugar de praticamente zero até 90 graus, ou algo até 180 graus. No exemplo mostrado, o ângulo de 30 graus provê bombeamento de fluxo, em geral, axial. Se a palheta for flexionada em 90 graus, ocorrerá mais bombeamento de fluxo radial.

[0023] No exemplo, três extensões salientes 26 são ilustradas; entretanto, qualquer número de uma ou mais, preferivelmente duas ou mais, extensões podem ser providas. Na maioria das modalidades preferidas, as extensões serão duas ou mais e serão simetricamente dispostas em torno da circunferência da região central de disco 24. Também, como discutido adicionalmente mais abaixo, a palheta do impulsor 10 pode ser opcionalmente um desenho unitário, como mostrado nas figuras 1-3. Um tal desenho é conveniente para formar a partir de

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8/13 uma placa plana única que é cortada no formato de esboço desejado, e então pode ter as extensões 26 flexionadas para baixo por um processo mecânico apropriado.

[0024] Entretanto, em alguns casos, por exemplo, no caso de impulsores de grande porte, pode ser desejável fabricar o impulsor 10 a partir de uma pluralidade de partes que são soldadas juntas ou de outro modo fixadas entre si. Por exemplo, as extensões individuais 26 podem ser individualmente soldadas a um ângulo à parte central de disco 24, e/ou o próprio disco central 24 e uma extensão associada podem ser feita de componentes individuais cada um com uma extensão associada.

[0025] Em uma variação adicional, as modalidades das figuras 1-3 podem ser fabricadas ao soldar juntas três placas, cada placa sendo, por exemplo, no formato mostrado na figura 4. As placas podem ser configuradas de modo que são soldadas juntas extremidade com extremidade, desse modo criando uma parte central de disco plana 24, ou podem ser fabricadas para sobreporem-se mutuamente e desse modo ser empilhadas uma na outra. Em um tal caso, a parte central de disco 24 teria uma maior espessura igual ao número de placas empilhadas. Além disso, se a espessura das placas for relativamente fina no geral, então pode ser suficiente ter a espessura da parte central de disco 24 com degraus formados onde as placas se sobrepõem.

[0026] A parte central de disco 24 tem diversas bordas principais 30, com o número de

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bordas	principais	30 correspondendo	ao	número	de
extensões	26. Cada	borda principal	30	estende	a
partir	do	local de	transição de uma	das	extensões

para fora até o início da transição da extensão adjacente seguinte 26.

[0027] Como pode ser visto na figura

2, e como ilustrado em maiores detalhes na figura

4, cada borda principal 30 tem um raio crescente a partir do centro do disco à medida que estende do lado interno de uma extensão 26 até o lado externo da outra extensão 26. Isto é, cada borda principal 30 começa na direção oposta à direção de rotação com um raio menor, e tem seu raio aumentando continuamente na direção oposta à direção de rotação até finalmente terminar na extensão seguinte 26.

[0028] A figura 4 ilustra um ponto A na borda principal 30 da parte central de disco 24, localizada aproximadamente 30 graus a partir do início da borda principal 30. Nesse ponto, há um ângulo de ataque (entre a borda principal 30 e o material sendo misturado) incluído entre as linhas A1 (que ilustra uma linha tangente à borda principal naquele ponto), e uma linha A2 (que é uma linha perpendicular ao raio naquele local). Será reconhecido que o ângulo de ataque seguinte entre as linhas B1 e B2 no local B, que é aproximadamente graus a partir do início da borda principal 30, é mais elevado do que em A e aumenta ainda mais até um ângulo ainda maior entre as linhas C1 e C2 no local C.

[0029] Desse modo, a borda principal forma um formato espiralado para fora contínuo.

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Um benefício desse formato espiralado para fora contínuo é que a borda principal 30 corta seu caminho através do material de tal modo que os farrapos tendem a ser minimizadas e não aderem à borda principal 30. O ângulo entre a borda principal 30 e o material sendo misturado (o ângulo de ataque) é mantido em um ângulo adequadamente pequeno, porém também continuamente mudando gradualmente para um ângulo maior, de modo que a borda principal 30 tende a estar em cisalhamento com o material sendo misturado e tende a não coletar farrapos.

[0030] Nos exemplos ilustrados nas figuras 1-4, o ângulo de ataque está gradualmente aumentando continuamente ao longo de seu comprimento. Entretanto, em outras modalidades, pode ser somente uma parte da borda principal 30 que tem essa alteração gradual em ângulo de ataque. Em tais ocorrências, algumas partes da borda principal 30 podem ser simplesmente arqueadas (circulares) em torno do centro de rotação da palheta. Além disso, os arcos circulares ou em espiral descritos aqui podem ser compostos de segmentos retos adjacentes que se aproximam de um formato em espiral ou circular.

[0031] As extensões 26 ilustradas na figura 3 têm a forma de uma palheta plana achatada. Entretanto, as extensões 26 podem ter qualquer formato e em vez de serem achatadas, podem ser curvadas ou ser formadas de múltiplos pedaços achatados em ângulos entre si. Além disso, a borda traseira das extensões 26 é ilustrada como uma borda traseira linear plana 29. Entretanto, se

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11/13 desejado para a aplicação ou em alguns casos para reduzir adicionalmente coleta de farrapos na borda

traseira,	as	bordas	traseiras	29 podem	ser
serradas,	curvas, acasteladas	ou	de outro	modo
formadas.	[0032]	Os	lados 34	e	36 das extensões

são ilustrados como sendo em geral retos ou levemente arqueados. A borda lateral externa 34 é ilustrada como sendo um formato que resulta de formação inicial de uma placa plana 24 e, desse modo, a borda 34 é uma continuação geométrica da borda principal 30. A borda interna da extensão 26 é ilustrada como sendo aquela que resulta da provisão de uma linha de corte na placa 24 como essencialmente uma continuação da borda principal 30, no local ilustrado. Entretanto, as bordas laterais 34 e 36 podem ter também outros formatos e, por exemplo, as extensões 26 em vez de ser uma extensão plana relativamente retangular, como ilustrado, poderiam ser triangulares, trapezoidais ou ter qualquer outro formato. Isso pode ser particularmente vantajoso onde as extensões 26 são um pedaço separadamente formado que é independentemente soldado sobre a parte central de disco 24.

[0033] Uma vantagem da modalidade ilustrada nas figuras 1-3 é que pode ser de fabricação extremamente simples. Um material em folha plana pode ser cortado, e então ter cada extensão flexionada para baixo. Evidentemente, outros métodos de fabricação podem ser utilizados, e como discutido acima, o impulsor inteiro 10 pode ser integral, ou feito de uma pluralidade de

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12/13 componentes individuais que são fixados juntos.

[0034] Uma vantagem desse método de fabricação é também que um único conjunto de peças em bruto de impulsor plano pode ser cortado e, então, peças em bruto diferentes podem ter individualmente cada uma de suas palhetas flexionada em ângulos de flexão diferentes, permitindo ajuste de teste fácil ou adaptação dos impulsores. Fatores de potência diferentes ou desempenho são possíveis a partir da mesma peça em bruto simplesmente por variar o ângulo no qual as extensões são flexionadas.

[0035] Nessa descrição da modalidade preferida, as palavras palheta e impulsor são utilizadas para se referir à estrutura de impulsor inteira, que inclui uma parte central de disco que forma bordas principais 30, bem como as extensões 26. Evidentemente, as extensões 26 poderiam ser individualmente consideradas como palhetas, e serem também mencionadas como partes indutoras de fluxo. A seleção do termo palheta para descrever o impulsor inteiro e o uso de extensões para descrever aqueles componentes é por conveniência e não pretende limitar o escopo da descrição de modo algum. Também, o disco, parte de disco, parte central de disco e região central de disco e similar se referem à estrutura plana que compreende

as bordas	principais,	ou à estrutura	diferente	das
extensões.	[0036] As	muitas características	e
vantagens	da invenção	são evidentes	a partir	do
relatório	descritivo	detalhado e,	desse modo,

pretende-se pelas reivindicações apensas cobrir

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13/13 todas essas características e vantagens da invenção que estejam compreendidas no verdadeiro espírito e escopo da invenção. Além disso, uma vez que inúmeras modificações e variações ocorrerão prontamente para aqueles versados na técnica, não se deseja limitar a invenção à construção exata e operação ilustrada e descrita e, por conseguinte, pode se recorrer à todas as modificações apropriadas e equivalentes, que estejam compreendidas no escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema, compreendendo:

uma palheta de impulsor (10);

um cubo (14);

um eixo (12); e um recipiente;

o sistema sendo caracterizado pelo fato de que a palheta de impulsor compreende:

uma parte central de disco (24) tendo um eixo geométrico central;

pelo menos um par de meios indutores de fluxo (26), cada um se estendendo para baixo em um ângulo (X) a partir da parte central de disco; e a parte central de disco (24) tendo pelo menos duas bordas principais (30) na periferia externa da mesma, cada borda principal (30) se estendendo de um meio indutor de fluxo (26) para um meio indutor de fluxo (26) adjacente, e cada borda principal tendo pelo menos uma parte na qual o raio da borda principal a partir do eixo geométrico central aumenta para formar uma curva contínua de raio crescente;

a palheta de impulsor (10) sendo montada no eixo (12) conectado ao cubo (14), o cubo estando na lateral da parte central de disco (24), a qual é oposta ao lado dos meios indutores de fluxo (26), a parte central de disco e as bordas principais se estendendo substancialmente em um plano.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o número de meios indutores de fluxo (26) é dois e o número de bordas principais (30) é dois, e em que os meios indutores de fluxo (26) e as bordas

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2/4 principais são simétricas entre si.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o número de meios indutores de fluxo (26) é pelo menos três e o número de bordas principais (36) é

pelo menos três, e em que as meios indutores de fluxo (26) e as bordas principais (36) são simétricas entre si. 4 . Sistema, de acordo com a

reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte central de disco (24) é composta de pelo menos duas placas, com cada placa tendo um meio de indução de fluxo (26) respectivo se projetando a partir da mesma.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte central de disco (24) é composta de pelo menos três placas, com cada placa tendo um meio de indução de fluxo (26) respectivo se projetando a partir da mesma.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos algumas partes de cada placa se sobrepõem entre si. 7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte central de disco (24) e as meios indutores de fluxo (26) são cada um providos por uma única estrutura comum integral. 8. Sistema, de acordo com a

reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada meio indutor de fluxo (26) compreende uma placa plana angulada para longe do plano da parte

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3/4 central de disco (24).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada borda principal (30) por inteira tem um raio que aumenta do início da borda principal (30) até a extremidade da borda principal para formar uma curva contínua de raio crescente ao longo de toda a borda principal (30).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que todo o comprimento de cada borda principal (30) tem um perfil em espiral crescente para fora. 11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que

cada meio indutor de fluxo (26) tem uma largura radial, e em que cada borda principal (30) inicia em um raio dentro ou adjacente à largura radial do meio indutor de fluxo (26), e termina em um raio fora ou adjacente à largura da extensão.

12. Método para formar um sistema, do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, o método compreendendo a etapa de prover uma parte central de disco (24) tendo um eixo geométrico central, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de:

formar pelo menos um par de meios indutores de fluxo (26), cada um se estendendo para baixo em um ângulo (X) a partir da parte central (24) de disco; e moldar pelo menos duas bordas principais (30) definidas pela periferia externa da parte central de disco, cada borda principal (30) se

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4/4 estendendo a partir de uma extensão até uma extensão adjacente, e cada borda principal (30) tendo pelo menos uma parte na qual o raio da borda principal (30) a partir do eixo geométrico central aumenta para formar uma curva contínua de raio crescente,

montar o impulsor em um eixo (12) conectado por um cubo (14), o cubo (14) estando na lateral da parte central de disco (24) , a qual é

oposta à lateral dos meios indutores de fluxo (26).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de formar os meios indutores de fluxo (26) compreende curvar os meios indutores de fluxo (26) para baixo a partir da parte de disco.

14. Método para tratar um material, utilizando o sistema do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por compreender as etapas de:

conter o material a ser tratado no recipiente; e acionar de forma rotacional o eixo (12).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material sendo tratado é pelo menos um dentre água residual ou água de esgoto.