BRPI0924510A2

BRPI0924510A2 - Bomba e válvula bidirecional

Info

Publication number: BRPI0924510A2
Application number: BRPI0924510-3A
Authority: BR
Inventors: Rorke Buckland Justin; Andrew Hatfield Stuart; Edward Mccrone James; Janse Van Rensburg Richard
Original assignee: The Technology Partnership Plc.
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2020-05-26
Also published as: CN102459899B; AU2016200869B2; EP2438302A1; RU2511832C2; CA2764334C; AU2009347422A1; RU2011153727A; MX2011012974A; JP5623515B2; JP2012528981A; SG176225A1; CN102459899A; BRPI0924510B1; WO2010139918A1; CA2764334A1; BRPI0924510B8; AU2016200869A1; AU2009347422B2; EP2438302B1

Abstract

bomba, e, válvula bidirecional uma bomba que tem uma forma substancialmente cilíndrica e que define uma cavidade formada por uma parede lateral fechada em ambas as extremidades por paredes de extremidade em que a cavidade contém um fluido é revelada. uma bomba ainda compreende um atuador associado operativamente a pelo menos uma das paredes de extremidade para causar um movimento oscilatória da parede de extremidade impulsionada para gerar oscilações de deslocamento da parede de extremidade impulsionada dentro da cavidade. uma bomba ainda compreende um isolador associado operativamente a uma parte periférica da parede de extremidade impulsionada para reduzir a diminuição das oscilações de deslocamento. uma bomba ainda compreende uma válvula para controlar o fluxo de fluido através da válvula. a válvula tem a primeira e segunda chapas com deslocamento de aberturas e uma parede lateral disposta entre as chapas ao redor do perímetro das chapas para formar uma cavidade em comunicação fluida com as aberturas. a válvula ainda compreende uma chapa disposta e móvel entre a primeira e segunda chapas e tendo aberturas substancialmente deslocadas das aberturas de uma chapa e substancialmente alinhadas às aberturas da outra chapa. a chapa é motivada entre as duas chapas em reposta a uma alteração na direção da pressão diferencial do fluido através da válvula.

Description

ΒΟΜΒΑ, Ε, VÁLVULA BIDIRECXONAL

1. CAMPO DA IWENÇÃO

As realizações ilustrativas da invenção se reform, 5 de f.orma geral, à bomba para fluido e, mais especificamente, a uma bomba que tem uma cavidade substanoialmente em fôrma de disco cora paredes de extremidade substancialmente circularas e uma parede lateral e uma válvula para controlar o fluxo de fluido através da bomba,

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA relacionada

A geração de oscilações de pressão da alta amplitude em cavidades fechadas recebeu atenção significativa nos campos de compressores térmoacústicos e do tipo de bomba. Desenvolvimentos recentes em acústica não linear permitiram a 15 geração de ondas de pressão cora maiores amplitudes que se acreditava serem possíveis anteriormente»

Ê conhecido utilizar ressonância acústica para alcançar bombeamento de fluido das entradas e saídas definidas. Isso pode ser alcançada utilizando uma cavidade 20 cilíndrica cora um acionador acústico em uma extremidade, que aciona uma acústica de ondas estacionárias. Nessa uma cavidade cilíndrica, a onda de pressão acústica tem amplitude limitada. Cavidades de seção transversal que variam, como . cone, cone de tentáculo, bulbo foram utilizadas para alcançar 25 oscilações de pressão da alta amplitude, aumentando, ’ portanto, de maneira, significativa o efeito de bombeamento.

Nessas ondas de alta amplitude os mecanismos não lineares com dissipação de energia foram suprimidos. Entretanto, a ressonância acústica de alta amplitude não foi empregada 30 dentro de cavidades em forma de disco na qual oscilações de pressão radial são excitadas ate recentemente. O Pedido de Patente Internacional N^s BCT/GB2006/OQ1487, publicado corno WO 2008/111775 (o Pedido '487), revela uma bomba que tem uma cavidade substancialmente em forma de disco cm uma alta proporção de aspecto, isto é, a proporção do raio da cavidade para a altura da cavidade.

Essa tm	sa bomba	tem	uma cavidade	subs tancialmente
cilíndrica que cc	smpreende	urna	parede .lateral	fechada em cada
extremidade por	paredes	de	extremidade.	A bomba também
compreende um é	àtuador ;	que	aciona uma	das paredes de
extremidade, para	oscilar	em	uma direção	substanciaImenté

perpendicular à superfície da parede de extremidade 10 impulsionada.. O perfil espacial do movimento- da parede de extremidade impulsionada é descrito como sendo correspondente ao perfil espacial das oscilações de pressão de. fluido dentro da cavidade, um estado aqui descrito como correspondência de modo. Quando a bomba, é correspondida em modo, o trabalho 15 realizado pelo atuador no fluido na. cavidade adiciona de maneira construtiva através da parede de extremidade impulsionada superfície, melhorando, assim, a amplitude da oscilação de pressão na. cavidade- e liberando a bomba de alta eficiência. Em uma bomba que não á correspondida em modo, 20 pode haver áreas- da parede de extremidade em que o trabalho realizado pela parede de extremidade no fluido reduz em vez de aumentar a amplitude da oscilação de pressão de fluido no fluido dentro da cavidade. Assim, o trabalho útil realizado » pelo atuador no fluido ê reduzido e a bomba se torna menos 25 eficiente-. A -eficiência de uma bomba correspondida em modo ê dependente da. interface entre a parede de extremidade impulsionada e a parede lateral. É desejável manter a eficiência dessa bomba ao estruturar a interface de maneira que não se reduza ou diminua o movimento da parede de 30 extremidade impulsionada, atenuando, assim, qualquer redução na amplitude das oscilações de pressão de fluido dentro da cavidade.

Essas bombas também requerem uma válvula para controlar o fluxo de fluída através da bomba s_#. mais especificamente, uma válvula que é capaz de operar em altas frequências. As válvulas convencionais tipicamente operam em frequências menores abaixo de 500 Hz para uma variedade de 5 aplicações. Por exemplo, muitos compressores convencionais operam tipicamente a 50 ou 5 0 Hs. Compressores de ressonância linear conhecidos na técnica operam entre 150 e 350 Hs< Entretanto, muitos dispositivos eletrônicos portáteis incluindo dispositivos médicos requerem bombas para liberação 10 de Uma pressão positiva ou que proveem um vácuo que são relativamente pequenas em tamanho e é vantajoso para essas bómbas serem inaudíveis na operação de maneira a prover operação discreta. Para alcançar esses objetivos, essas bombas devem operar em frequências muito altas, precisando de 15 válvulas capazes de operar a cerca de 20 kHz e maior, o que não é comumente disponível, Para operar nessas altas frequências, a válvula deve ser responsive a uma pressão de oscilação de alta frequência que pode ser retificada para criar um fluxo de fluido líquido através da bomba.

SbMÂRIO

De acordo com uma realização da invenção, o atuador da bomba descrito acima causa um movimento oscilatório da parede de extremidade impulsionada (escilações de ♦ deslocamento) em uma direção substancialmente perpendicular 25 à parede de extremidade ou substancialmente paralela ao eixo longitudinal da cavidade cilíndrica, doravante mencionadas como oscilações axiais da parede de extremidade impulsionada dentro da cavidade. As oscilações axiais da parede de extremidade impulsionada geram oscilações de 30 pressão substancialmente proporcionais de fluido- dentro da cavidade criando uma distribuição de pressão radial que se aproxima de uma função de Bessel da primeiro^: tipo, conforme descrito no Pedido '487 que é aqui incorporado por

4/3 7 referência, como oscilações doravante mencionadas como '“oscilações radiais da pressão do fluido dentro da cavidade. Uma parte da parede de extremidade impulsionada entre o atuador e a parede lateral provê uma interface com a parede 5 lateral da bomba que reduz a diminuição das oscilações de deslocamento para atenuar qualquer redução dás oscilações de pressão dentro da cavidade, essa parta sendo doravante mencionada como um ^uisolador*. As tealizações ilustrativas do isolador são associadas de maneira operativa com a parte 10 periférica da parede de extremidade impulsionada para reduzir a diminuição das oscilações de deslocamento.

De acordo com outra realização da invenção, uma bomba compreende um corpo de bomba que tem urna forma substancialmente cilíndrica que define uma cavidade formada 15 por uma parede lateral fechada em ambas as extremidades pelas paredes de extremidade substancialmente circulares, pelo menos uma das paredes de extremidade sendo uma parede de extremidade impulsionada que tem uma parte central e uma parte periférica adjacente ã parede lateral, em que a 2.0 cavidade contém, um fluido quando em uso. A bomba ainda compreende um atuador associado operativamente ã parte central da parede de extremidade impulsionada para causar um movimento oscilatório da parede de extremidade impulsionada, * gerando, portanto, oscilações de deslocamento da parede de 25 extremidade impulsionada em uma direção substancialmente perpendicular a ela com. um no anular entre o centro da parede de extremidade impulsionada e da parede lateral quando em uso. A bomba ainda compreende um isolador operativamente associado à parte periférica da parede de extremidade 30 impulsionada para reduzir amortecimento das oscilações de deslocamento causado pela conexão da parede de extremidade à parede lateral da -cavidade. A bomba ainda compreende uma primeira abertura disposta a cerca do centro de uma das

5/37 paredes de extremidade, e uma segunda abertura disposta em qualquer outra localização no corpo de bomba, por meio das quais as- oscilações de deslocamento geram oscilações radiais de pressão do fluido dentro da cavidade do dito corpo de 5 bomba causando o fluxo de fluido através das ditas aberturas.

De acordo ainda cot Outra realização da invenção, a bomba compreende uma válvula disposta na primeira ou na segunda abertura -para controlar o fluxo de fluido através da bomba. A válvula compreende uma primeira chapa que tem 1'0 aberturas -que se estendem, de maneira geral, perpendicular através das mesmas, e uma segunda chapa também. tendo aberturas que se estendem, de maneira geral,, perpendicular através- dás mesmas, em que as aberturas da segunda chapa são substancialmente, deslocadas das aberturas da primeira chapa.

A válvula ainda compreende- uma parede lateral disposta entre a primeira e a segunda chapa, em que a parede lateral é fechada ao redor do perímetro da primeira e segunda chapas para formar uma cavidade entre a primeira e segunda chapas em. comunicação fluida com as aberturas da primeira e segunda chapas. A válvula, ainda compreende uma chapa disposta e mõvel entre a dita chapa e a dita segunda chapa, a dita chapa tendo aberturas s-ubstancialmente deslocadas da-s aberturas da dita primeira chapa e .substan-cialmente alinhadas às. primeiras * aberturas da dita segunda chapa. A chapa é motivada entre a 25 primeira @ segunda chapas em resposta a. uma alteração na direção da pressão diferencial do fluido através da válvula*

Outros objetos, características e vantagens das realizações ilustrativas são aqui descritos e irão se tornar aparentes com referência aos desenhos e a descrição detalhada 30 a seguir.

RREVS DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As Figuras IA. a 1C apresentam uma vista em seção transversal esquemática de uma primeira bomba, de acordo com

6/37 uma realização ilustrativa da invenção, que provê uma pressão positiva,, um gráfico das oscilações de deslocamento da parede de extremidade impulsionada da bomba, e um gráfico das oscilações de pressão do fluido dentro da cavidade da bomba.

A Figura 2 apresenta uma vista superior e-squemática da primeira bomba da Figura ia.

A Figura 3 apresenta uma vista em. seção transversal esquemática de uma .segunda bomba,· de acordo com uma realização ilustrativa da .invenção, que provê uma. pressão 10 negativa,

A Figura 4 apresenta uma vista em seção transversal esquemãtica de uma terceira bomba, de acordo com uma realização ilustrativa da invenção, que tem uma base frustocônica >

A Figura 5 apresenta uma vista em seção transversal es.quemática de uma quarta bomba, de acordo com outra realização ilustrativa da invenção, incluindo dois atuadore-s.

A Figura 6A apresenta uma vista em seção transversal es-quemática da 'bomba da Figura 3, e a Figura 6B 20 apresenta um grafico de oscilações de pressão do fluido dentro da bomba, conforme apresentado na Figura 1C,

A Figura 6C apresenta uma vista em -seção transversal -e-squemática de uma realização ilustrativa de uma válvula utilizada, na bomba da Figura 3.

2.5 A Figura 7 A apresenta uma vista em seção transversal esquemátiça de uma realização ilustrativa de uma válvula em uma posição fechada, e a Figura apresenta uma vista em seção explorada da válvula da Figura 7Ά considerada ao longo da linha 7B-7B na Figura 7D.

A Figura 7C apresenta uma vista em perspectiva esquemátiça da válvula da Figura 7B<

A Figura 7D apresenta uma vista. superior esquemátiça da válvula da Figura 78,

Ά Figura 8Α apresenta uma vista em seção transversal esquemática da válvula na Figura 7B em uma posição aberta quando os fluxos de fluido atravessam a válvula,

A Figura 8B apresenta uma vista em seção transversal esquemática da válvula na Figura 7B na transição entre as posições aberta e fechada.

A Figura 9A apresenta um gráfico de uma pressão diferencial de oscilação aplicada através da válvula da 10 Figura 7B, de acordo com uma realização ilustrativa.

A Figura ,9B apresenta um gráfico de um ciclo de operação da válvula da Figura 7B entre uma posição aberta e fechada..

A Figura 10 apresenta uma vista em seção 15 transversal esquemática de uma parte da válvula da Figura 7B na posição fechada, de acorda com uma realização ilustrativa.

A Figura. 11 A. apresenta uma vista em seção transversal esquemática de uma versão modificada, da válvula da Figura 7B que tem aberturas de liberação,

IO A Figura 11B apresenta a vista em seção transversal esquemãtiaa de uma parte da válvula na Figura 11A.

A Figura 12A apresenta uma vista em seção transversal esquemática de duas válvulas da Figura 7B< uma « das quais ê revertida para permitir o fluxo de fluído na 25 direção oposta da outra, de acorde com uma realização ilustrativa,

A Figura 12B apresenta uma vista superior esquemática das válvulas apresentadas na Figura 12A.

A Figura 12C apresenta um gráfico dos ciclos de 3 0 operação das válvulas da Figura :12A entre uma posição aberta e fechada.

A Figura 13 apresenta uma vista em seção transversal esquemática de uma válvula bidirecional que tem

8/37 duas partes de válvula que permitem o fluxo de fluido em direções opostas çom ambas as partes de: válvula que têm uma posição normalmente fechada, de acordo com uma realização ilustrativa.

A Figura 14 apresenta uma. vista superior esquemática das válvulas bidirecionais da Figura 13.

Ά Figura 15 apresenta uma vista em seção transversal esquematica de uma válvula bidirecional que tem duas partes de válvula que permitem fluxo de fluido em 10 direções opostas com uma parte da válvula tendo uma posição normalmente fechada e a outra tendo uma posição normalmente aberta, de acordo com uma realização ilustrativa.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES ILUSTRATIVAS

Na seguinte descrição detalhada de diversas 15 realizações ilustrativas, é feita referência aos desenhos que seguem que formam uma parte dela, e nos quais ê apresentado por maior das realizações preferidas da ilustração nas. quais a invenção pode ser praticada.. Essas realizações são descritas em detalhes suficientes para permitir que os 20 técnicos no assunto pratiquem a invenção e se entende que outras realizações podem ser utilizadas e que alterações de estrutura lógica, mecânica, elétrica ou química podem, ser feitas sem se desviar co espírito ou escopo da invenção, Para * evitar detalhes, não necessários para permitir que os técnicos 25 no assunto pratiquem as. realizações aqui descritas, a descrição pode omitir determinadas informações conhecidas aos técnicos no assunto. A seguinte descrição detalhada não deve, portanto, ser considerada no sentido limitante, e o escopo das realizações ilustrativas é definido somente pelas 30 reivindicações anexas.

A Figura IA ê uma vista, em seção transversal esquemática de uma bomba 10, de acordo com uma realização ilustrativa da invenção. Também com referência à Figura IB, a

9/3 7 bomba 1Q compreende. um corpo de bomba que tem. uma forma substancialmente cilíndrica incluindo uma parede cilíndrica 19 fechada em uma extremidade por uma base 18 e fechada em outra extremidade por uma chapà de .extremidade 17 e um S isolador em forma de anel 30 disposto entre a chapa de extremidade 17 e a outra extremidade da parede cilíndrica 19 do corpo de bomba. A parede cilíndrica 19 e base 18 pode ser um componente único que compreende o corpo de bomba e pode ser montado a outros componentes ou sistemas. As superfícies 10 internas da parede cilíndrica 19> da base 18, da chapa deextremidade 17 e do isolador 30 formam uma cavidade 11 dentro da bomba 10, em que a cavidade 11 compreende, uma parede lateral 14 fechada em ambas as extremidades por paredes de .extremidade 12 e 13. A parede de extremidade 13 é a 15 superfície interna da base 18 e a parede lateral 14 é a superfície de dentro da parede cilíndrica 19. A parede de extremidade 12 compreende uma parte central correspondente à superfície, de dentro da chapa de extremidade 17 e uma parte periférica Correspondente à. superfície de dentro do isolador 20 30, Apesar de a cavidade 11 ser substancialmente circular em forma, a cavidade 11 também pode ser elíptica ou outra forma. A base 18 e parede cilíndrica 19 do corpo de bomba -podem ser formadas de qualquer material rígido adequado, incluindo, * entre outros, -metal, cerâmica, vidro ou plástico, incluindo, 25 entre outros, plástico moldado por injeção.

A bomba 10 também compreende -um disco piez-oelétrico 20 conectado operativamente à chapa de extremidade 17 para formar um atuador 40 que é operativamente associado A parte central da parede de extremidade 12 por meio da chapa de 30 extremidade 17, O disco piezoelétrico 28 não é necessário que seja formado de um material piezoelétrico, mas pode ser formado de qualquer material eletricamente ativo que vibra, como, por exemplo, um material eletroestritivo ou magnetoestri'tivo. A chapa de extremidade 17 possui preferivelmente uma rigidez à flexão semelhante ao disco piezoelêtrico 20 e pode ser formada de um material eletricamente inativo, como metal ou cerâmica. Quando o disco 5 piezoelêtrico 20 é excitado por uma corrente elétrica, o atuador 4O expande e contrai em uma direção radial em' relação ao eixo longitudinal da cavidade 11 fanado com que a chapa de extremidade 3.7 flexione, induzindo, assim, uma deflexão axial da parede- de extremidade- 12 em uma direção suhstancialmente 10 perpendicular à parede de extremidade 12. A chapa de extremidade. 1.7, de maneira alternativa, também Poe ser formada de um material eletricamente ativo, como, por exemplo, um material piezoelêtrico, magnetoestritivo ou elect-roestritivq Em outra realização, o disc-o piezoelêtrico 1.5 20 pode ser substituído por um dispositivo em urna relação de transmissão de força com a parede de extremidade 12, como, por exemplo, um dispositivo mecânico, magnético ou eletrostâtico, em que a parede de extremidade 12 pode ser formada como uma camada eletricamente inativa ou passiva da 20 material acionado na oscilação por esse dispositivo (não apresentado) na mesma maneira que a descrita acima.

A bomba 10 ainda compreende- pelo menos duas aberturas que se estendem da cavidade 11 para fora da bomba 10, em que pelo menos a primeira das aberturas pode conter 25 uma válvula para controlar o fluxo de fluido através da abertura. Apesar dé a abertura que contém uma válvula pode r estar localizada, em qualquer posição na cavidade 11 onde o amador 40 gera uma pressão diferencial, conforme descrito abaixo em -mais detalhes, uma. realização preferida da bomba 10 30 compreende uma abertura com uma válvula localizada aproximadamente no centro de uma das paredes de extremidade 12,13. A bomba. 10 apresentada nas Figuras IA. e 1B compreende uma abertura primária 16 que- se estende da cavidade 11

11/3“ através da base 18 do corpo de bomba aproximadamente no centro da parede de extremidade 1.3 e que contém uma válvula 46, A válvula 46 e montada dentro da abertura primária. 16 e permite o fluxo de fluido- em uma direção, conforme indicado 5 pela seta, de maneira que funcione como uma saída para a bomba 10. A segunda abertura 15 pode estar localizada em qualquer posição dentro da cavidade 1.1 diferente da localização da abertura 16 com uma válvula 46. Em uma realização preferida da bomba 10, a segunda abertura é 10 disposta entre o centro de uma das paredes de. extremidade 1:2,13 e da parede lateral 14« A realização da bomba 10 apresentada nas Figuras IA e 1B compreende duas aberturas secunda ri a.a 15 que se estendem da cavidade 11 através do atuador 40 que são dispostas entre o centro da parede de 15 extremidade 12 e da parede lateral 14. Apesar de as aberturas secundárias 15 não serem valvuladas nessa realização da bomba 10, elas também podem ser vaivuladas para melhorar o desempenho, se necessário,. Nessa, realização da bomba 10, a abertura primária 1'6 é valvulada de maneira que o fluido seja. 20 coletado na. cavidade 11 da. bomba 10 através das aberturas secundárias 15 e bombeado da cavidade 11 através da abertura primária 16, conforme indicado pelas setas, para, prover uma pressão positiva na abertura primária 16.

. Com referência à Figura 3, a bomba 10 da Figura 1 é apresentada com uma configuração alternativa da abertura primária 16, Mais especificamente, a válvula 46’ na. abertura primária 16' é revertida de maneira que o fluido seja coletado nà cavidade 11 através da abertura primária. 16’ e expelido da. cavidade 11 através da aberturas secundárias 15 30 conforme indicado pelas setas, provendo-, assim, a sucção, ou •uma força de pressão reduzida na abertura primária 16* . O termo press-ão reduzida , conforme aqui utilizado, se refere, de maneira geral, a- uma pressão menor que a pressão: ambiente

12/37 onde a bomba 10 estã localizada. Apesar de os termos vácuo e “pressão negativa poderem ser utilizados como pressão reduzida, a. redução- de pressão real pode ser significantemente mènor' que á redução de pressão normalmente 5 associada a um vácuo completo. A pressão é negativa nq .sentido que é um manômetro, isto ê, a pressão ê reduzida abaixo da pressão atmosférica ambiente-. A menos que de outra foram indicado., os valores- de pressão declarados aqui são manõmetros. As referências para amentos na -pressão redusida 10 tipicamente se referem a uma diminuição na pressão absoluta, enquanto reduções na pressão reduzida tipicamente se referem a um aumento na pressão absoluta.

Com referência agora à Figura 4, uma bomba 70, de acordo com outra realização ilustrativa da invenção ê 15 apresentada. A bomba 70 é s-ubstancíalmente semelhante à bomba 10 da. Figura 1 exceto que o corpo de bomba tem uma- base 18 ' que tem uma superfície superior que forma a parede de extremidade- 13* que é frusto-cônica na forma. Consequentemente, a altura da cavidade 11 varia da altura na 20 parede lateral 14 a uma altura menor entre as paredes de extremidade 13 , 1.3 ’ no centro das paredes de extremidade 12,13’. A forma frusto-cônica da parede de extremidade 13’ intensifica a pressão no centro da cavidade 11 onde a altura * da cavidade 11 é menor em relação à pressão na parede lateral 2'5 14 da cavidade 11 onde a altura da cavidade 11 ê maior,

Portanto, a comparação de cavidades cilíndricas e frustocônicas 11 que têm amplitudes de pressão iguais, é aparente que a cavidade frusto-cônica 11 geralmente terá uma amplitude de pressão maior nas posições fera do centro da. cavidade 11;

o- aumento da altura da cavidade 11 age para -induzir a amplitude da onda de pressão. Como as perdas de energia viscosa e térmica apresentaram durante as oscilações do fluido na cavidade 11 aumentaram a amplitude dessas oscilações, é vantajoso para eficiência. da bomba 70 reduzir a amplitude das oscilações de pressão para fora do centro da cavidade 11 ao empregar um projeto de cavidade frusto-cônica 11. EM uma realização ilustrativa da bomba 70 onde o diâmetro 5 da cavidade 11 é de aproximadamente 20 mm, a. altura da cavidade 11 na parede lateral 14 é de aproximadamente 1,0 mm afunilando a uma altura no centro da parede de extremidade 137 de aproximadamente 0,3 mm. Uma das paredes de extremidade 12,13 ou ambas as paredes de extremidade 12,13 podem ter uma .1,0 forma frusto cônica.

Com referência agora à Figura 5, a bomba 50, de acordo com outra realização ilustrativa da invenção, é apresentada. A bomba 60 é substancialmente semelhante à bomba 10 da Figura 1 exceto que inclui um segundo atuador 62 que 15 substitui a base 18 do corpo de bomba. 0 atuador 62 compreende um segundo disco 64 e. um isolador em forma de anel 6δ dispostos entre o disco 64 e a parede lateral 14. A bomba 50 também compreende um segundo disco piezoelétrico- 68 conectado operativamente ao disco 64 para formar o atuador 20 62. Q atuador 62 ê operativamente associado à. parede de extremidade lá que compreende as superfícies de dentro do disco 64 e do isolador 66. 0 segundo atuador 62 também gera um movimento oscilatõrio da parede de extremidade 1.3 em uma . direção substancialmente perpendicular à parede de 25 extremidade 13 de maneira semelhante ao atuador 40 em relação * à parede de extremidade 12, conforme descrito acima. Quando os atuadores 40, 62 forem ativados, circuito de controle (não apresentado} ê provido para coordenar as oscilações de deslocamento axials dos atuadores. É preferível que os 30 atuadores sejam acionados na mesma frequência e aproximadamente, fora da fase, isto é, de maneira que os centros das. paredes de extremidade 12, 13 se movimentem primeiro um em direção ao outro e, então, separados.

14/37

As dimensões das bombas aqui descritas deyem satisfazer preferivelmente determinadas inequalidades em relação à. .relação entre a .altura (h) da cavidade 11 e o raio (rj da cavidade que é a distância do eixo longitudinal, da 5 cavidade 11 à parede lateral 14. Essas equações são como seguem ?

r/h > 1.2; e hVr > 4xiometros.

Em uma realização da invenção, a proporção do raio 10 dá cavidade para a altura da cavidade (r/h) está entre cerca de 10 e cerca de so quando o fluído dentro da cavidade 11 for um gás. Nesse exemplo,, o volume da cavidade 11 pode ser menor que cerca de 10 ml. Adicionalmente, a proporção de h²/r está preferivelmente em uma variação entre cerca de 10'' e Cerca IS de 10'^δ metros, onde o fluido que flui, ê um gás oposto a um líquido.

Em uma realização da invenção, as aberturas secundárias 15 estão localizadas onde a amplitude das oscilações de pressão dentro da cavidade 11 está perto de 20 zero, isto é, os pontos «nodais* das oscilações de pressão.

Quando- a cavidade 1,1 for cilíndrica, a dependência radial da oscilação de pressão pode ser aproximada por uma função de Bessel do primeiro tipo e o no radial da oscilação de pressão _s da menor ordem dentro da cavidade 11 ocorre em uma distância 25 de aproximadamente. Q,€3r ± 0-, 2-r do centro da parede de * extremidade. 12 ou do eixo longitudinal da -cavidade 11. Assim, as aberturas secundárias 15 são preferivelmente localizadas em uma distância radial (a) do centro das paredes de ex-tremidade 1.2,13-, onde (a) - 0,63r ± 0,2r, isto é, próximo 30 aos pontos nodais das oscilações de pressão.

Adicionalmente, as bombas aqui reveladas- devem satisfazer preferivelmente a seguinte inequalidade em relação ao raio da cavidade (r) e frequência de operação (que é a frequência na qual o atuador 40 vibra para gerar o deslocamento axial da parede de extremidade 12. A equação de inequalidade é a seguinte;

MM _< MM 2M 2M [Equaçao LJ s em que a velocidade do som do trabalho do fluido· dentro da cavidade 11 (c) pode variar entre uma velocidade lenta (c_s) dé cerca de 115 m/s e uma velocidade rápida (CM igual a cerca de 1,570 m/s conforme expresso na equação acima, e k₅ é uma constante {k_ô ™ 3,83). A frequência do 1.0 movimento oscilatório do atuador 4 0 é preferivelmente· aproximadamente igual ã menor frequência ressonante de oscilações radiais de pressão na cavidade 11, mas pode estar dentro de 20% das mesmas. A menor frequência ressonante das oscilações radiais de- pressão na cavidade 11 ê 15 preferivelmente maior que 50GHz.

Agora, com referência a bomba 10 em operação, o disco piezoelétrico 20 é excitado para expandir e contrair na direção radial em relação A chapa de extremidade 17 que faz com. o atuador 40 flexione, induzindo, assim um deslocamento 20 axial da parede de extremidade impulsionada 12 em. uma direção substancialmente perpendicular à parede de extremidade » impulsionada 12. O atuador 40 é operativamenté associado à parte central da parede de extremidade 12, conforme descrito acima, de maneira que as oscilações de deslocamento axiais do 25 atuador 40 causem oscilações de deslocamento axiais ao longo da superfície da parede de extremidade 12 com amplitudes de oscilações máximas, isto é, oscilações de deslocamento antinó, aproximadamente no centro da parede de extremidade 12. Com referência novamente â Figura IA, aa oscilações de 30 deslocamento e as oscilações de pressão resultantes da bomba 10, conforme descrito acima dê maneira geral, são

16/37 apresentadas mais especificamente nas Figuras IB e 1C, respactivamente. A relação de fase entre as oscilações de deslocamento e oscilações de pressão podem variar, e a relação de fase particular não deve ser implicada de qualquer figura.

A Figura 1B apresenta um perfil dé deslocâmento possível que ilustra a oscilação axial da parede de extremidade impulsionada 12 da cavidade 11. A linha e setas curvas sõlidas representam o deslocamento da parede de

IO extremidade impulsionada 12 em. um ponto no tempo e a linha curva tracejada representa o deslocamento da parede de extremidade impulsionada 12 meio ciclo depois. 0 deslocamento conforme apresentado nessa figura e nas outras figuras é exagerado. Devido ao atuador 40 nã.o ser rigidamente montado 15 em seu perímetro, mas, em vez disso, suspenso pelo isolador 30, o atuador 40 é livre para oscilar ao redor de seu centro de massa em seu modo fundamental. Nesse modo fundamental, a amplitude das oscilações de deslocamento do -atuador 4 0 é substancialmente zero em um nó de -deslocamento anular 22 localizada entre o centro da parede de extremidade 12 e da parede lateral 1.4. As amplitudes das oscilações de deslocamento em outros pontos na parade de extremidade 12 têm uma amplitude maior que zero, conforme representado pelas setas verticals. Um anti-n© de deslocamento central 21 sai próximo do centro do atuador 40 é um anti-nó de deslocamento periférico 21 ' sai próximo do perímetro do atuador 40.

A 'Figura 1C apresenta um. perfil de oscilação de pressão possível que ilustra a oscilação de pressão dentro da cavidade 11 resultando das oscilações de deslocamento axiais apresentadas na Figura IB. A .linha e setas curvas sólidas e representam a pressão em um ponto do tempo, e- a linha curvada tracejada representa a pressão -de meio ciclo depois. Nesse modo e modos de ordem -maior, a amplitude das oscilações de pressão tem um anti.-nó de pressão central 23 próximo ao centro da cavidade 11 e um .anti-nó de pressão periférica 24 próximo â parede lateral 14 da cavidade 11. A amplitude das oscilações de pressão ê substancialmente zero no nó de 5 pressão anular 25 entre o anti-nó de pressão central 23 e o anti-no de pressão periférica 24. Para uma cavidade cilíndrica, a dependência radial da amplitude das oscilações de pressão na cavidade 11 pode ser aproximada por uma função de Bessel do primeiro tipo. As oscilaçõe&s de pressão 10 descritas acima resultam do movimento radial do fluido na cavidade 11, e, assim, serão mencionadas como as oscilações radiais de pressão do fluido dentro da cavidade 11, conforme distinguidas das oscilações de deslocamento axiais do atuador 40.

Com referência adicional às Figuras IB e 1C, pode ser visto que a dependência radial da amplitude das oscilações de deslocamento axiais do atuador 40 (a modo e forma do atuador 4 0) deve aproximar uma função de Bessel de primeiro tipo, de maneira a corresponder mais proximamente a 20 dependência radial da amplitude das oscilações de pressão desejadas na cavidade 11 (a -'modo e forma da oscilação de pressão). Ao montar o atuador 40 de maneira não rígida em seu perímetro e ao permitir que ele vibre mais: livremente ao . redor de seu centro de massa, o modo e forma das oscilações 25 de deslocamento correspondem substancialmente ao modo e forma * das oscilações de pressão na cavidade 11, alcançando- assim a correspondência de modo e forma ou, mais simplesmente, a correspondência de modo. Apesar de a correspondência de modo não precisar ser sempre perfeita nesse aspecto, as oscilações 30 de deslocamento axiais do atuador 40 e as oscilações de pressão correspondentes na cavidade 11 têm substancialmente a mesma fase de relação através de toda a superfície do atuador 4 0 em que a posição radial do nó de pressão anular .25 das

18/37 oscilações de pressão na cavidade 11 e a posição radial do nó de deslocamento anular 22 das oscilações de deslocamento axiais do atuador 40 é substancialmente coincidentes,

Como o atuador 40 vibra, ao redor de seu centro de massa, a posição radial do nõ de deslocamento -anular 2.2 repousará necessariamente dentro do raio do atuador 40 quando o atuador 40 vibra em seu modo fundamental, conforme ilustrado na Figura 1B.< Assim, para garantir que o no de deslocamento anular 22 seja, coincidente ao nó de pressão 10 anular 25, o raio do atuador (r_sct) deve ser preferivelmente maior que o raio do nó de pressão anular 25 para otimizar a correspondência de modo. Presumindo, novame.nte, que a oscilação de pressão na cavidade 11 se aproximam a uma função de Bessel do primeiro tipo, o raio do nó de pressão anular 25 15 seria de aproximadamente 0,63 do raio do centro da parede de extremidade 13 à parede lateral 14, isto é, o raio da cavidade. 11 (r), conforme apresentado na Figura IA, Portanto, o raio do atuador 40 (r_ecs.) deve satisfazer preferivelmente a seguinte ine qual idade: r_Sf;.- > 0, 63 r .

0 isolador 30 pode ser uma membrana flexível que permite que a margem do atuador 40 se movimente mais livremente, conforme descrito acima ao flexionar e alongar em resposta da vibração do atuador 40, conforme apresentado pelo . deslocamento das oscilações de deslocamento periféricas 21 ' .25 na Figura IB. A membrana flexível -supera os possíveis -efeitos * de diminuição da parede lateral 14 no atuador 40 ao prover m suporte de impedãncia mecânica baixa entre o atuador 40 e a parede cilíndrica 19 da bomba 10 'reduzindo, assim, a diminuição das oscilações axiais -das oscilações de 3 0 deslocamento· periféricas 21 ' do atuador 40.., Bssencialmente, a membrana flexível 31 minimiza a energia que é transferida do atuador 40 à parede lateral 14, que permanece substancialm-ente fixa. Consequentemente, o nó de deslocamento anular 22 pemanecerá subs-tandialmente alinhado ao nõ de pressão anular 25 de maneira a manter a condição de correspondência de modo da bomba 10. Assim, as oscilações de deslocamento axiais da parede de extremidade impulsionada 12 5 continuam a gerar de maneira eficiente as oscilações da pressão dentro- da cavidade 11 do anti-nó de pressão central 23 ao anti-nó de pressão periférica 24 na parede lateral 14, conforme apresentado na Figura 1C.

A Figura 6A apresenta uma vista em seção 10 transversal esquemátic-a da bomba da- Figura 3, e a Figura êB um gráfico das oscilações de pressão do fluido dentro da bomba, conforme apresentado na Figura. 1C. A válvula 46’ (assim como a válvula 46) permite que o fluido flua somente em uma direção, conforme descrito acima. A válvula 46’ pode 15 ser uma válvula de verificação ou qualquer outra válvula que permita -que o- fluido flua somente- em uma direção. Alguns tipos de válvula podem regular o fluxo de fluido ao alternar entre, a posição aberta e fechada. Para essas válvulas operarem em altas- frequências geradas pelo atuador 40, as 20 válvulas 46 e 46’ devem ter um tempo e resposta extremamente rápida de maneira que sejam capazes de abrir e fechar em uma escala de tempo -s-ignificantemente menor que a escala de tempo da variação de pressão, Uma realização das válvulas 46 e 46’ alcançam isso- ao empregai* válvula de aba (tipo flap) 2S extremamente leve que tem baixa inércia e consequentemente é * capaz de se movimentar rapidamente em. resposta, às alterações na pressão relativa através da estrutura da válvula.

Com' referência às Figuras 7A-D essa uma válvula de. aba, válvula 1IC é apresentada, de acordo com uma realização 30 ilustrativa. A válvula 110 compreende uma parede substancialmenté cilíndrica 112 que. tem a forma de anel -e é fechada em uma extremidade por uma chapa de retenção 114 e em outra extremidade por uma chapa de vedação 116. A superfície

20/37 de dentro da parede 112 .< a chapa de retenção 114 e a chapa de vedação 116 formam uma cavidade 115 dentro da válvula 110. A válvula 110 ainda compreende uma chapa substancialment© circular 117 disposta entre a chapa de reténgão 114 e a chapa 5 de vedação 116, mas adjacente, à .chapa de vedação ll.g. A chapa 117 pode ser disposta adjacente ã chapa de retenção .114 em uma realização alternativa, conforme será descrito- em mais detalhes abaixo, e, nesse sentido, a chapa 117 ê considerada como sendo enviesada em relação a uma entre a chapa de vedação 116 ou a chapa de retenção 114. A parte- periférica da chapa 117 é prensada entre a chapa de vedação 116 e a parede, em forma de anel 112 -de maneira que o movimento da chapa 117 seja reprimido no plano -substancialment© perpendicular à superfície da chapa 117, Q movimento da chapa 117 nesse plano 15 também pode ser reprimido pela parte periférica da chapa 117 sendo incluído, diretamente: a. uma ..entre- a chapa de vedação 1 16 ou a. parede 112, ou pela, chapa 117 que é um ajuste- fechado dentro da parede em forma de anel 112, em realizações alternativas,, o restante da chapa 117 é suf i cientemente

2:0 flexível e móvel em uma direção substancialment© perpendicular ã superfície da chapa 117, de maneira que uma força aplicada em uma das superfícies da chapa 117 motivará a chapa 117 entre a chapa de vedação 116 e a chapa de. retenção , 114,

A chapa de retenção 114 e a chapa de vedação 116 * ambas têm orifícios 118 e 120, respectivamente , que se estendem ao longo de cada chapa, A chapa 117 também tem orifícios. 122 que são gera.lm.ente alinhados aos orifícios 118 da chapa de retenção 1.14 para prover uma passagem através da 30 qual o fluido possa fluir, conforme indicado pelas setas tracejadas 124 nas Figuras 6C e- 8A, Os orifícios 122 na chapa 117 também podem ser parcialmente alinhadas, isto é, ter somente uma sobreposição parcial, com os orifícios 118 na chapa de retenção 114, Apesar de os orifícios 118, 120, 122 serem apresentados pata terem tamanho e forma substancialmente uníformes, eles podem ser de diferentes diâmetros ou até diferentes formas sem limitar o escopo da 5 invenção. Em uma realização da invenção, os orifícios 118 e 120 formam um padrão de alternância através da superfície das chapas, conforme apresentado pelos círculos sólidos e tracejados, respectivamente, na Figura 7D. Em outras realizações, os orifícios' 118, 120, 122 podem ser dispostos1.0 em diferentes padrões sem ter feito na operação da válvula 110 em relação ao funcionamento dos pareamentos de orifícios 118, 1.20, 122 individuais, conforme ilustrado conjuntos individuais das setas tracejadas 124. o padrão dos orifícios 118, 120,- 122 pode ser projetado para aumentar ou reduzir o 15 número de orifícios para controlar o fluxo de fluido total através da válvula .110, conforme necessário. Por exemplo, o número de orifícios 1.1 S, 120, 122 pode ser aumentado para reduzir a resistência de fluxo da válvula 110 para -aumentar a taxa de fluxo total da válvula 110.

Quando não for aplicada força a qualquer superfície da chapa 117 para superar o desvio da chapa 117, a válvula 2)10 está em uma posição normalmente fechada. devido â chapa 117 estar disposta adjacente a chapa de vedação. 1-1.6- onde os orifícios 122 da chapa são deslocados ou não alinhados aos 2'5 orifícios 113 dá chapa dé vedação 1'16. Nessa posição normalmente fechada, o fluxo de fluida através da chapa de vedação 116 é suhstançi-almente bloqueado ou coberto pelas partes não perfuradas da chapa 117, conforme apresentado na Figuras 7 A e 7B. Quando for aplicada pressão em relação a 30 qualquer lado chapa 117 que supere o desvio da chapa 117 e motive a chapa 1.17 para longe da chapa de vedação 116 na direção da chapa de retenção 114, conforme apresentado na Figuras 6C e 8A, a válvula 110 se movimenta da posição

22/37 normalmente fechada para uma posição- aberta em um período de tempo, um atraso de tempo- de abertura (T_o) , permitindo que o fluido flua da direção indicada pelas setas tracejadas 124. Quando a pressão altera a direção, conforme apresentado na

Figura SB, a chapa 117 será motivada de volta para direção da Chapa de vedação 116 para a posição normalmente fechada. Quando isso acontece, o fluido fluirá por um curto período de tempo, um atraso de tempo de fechamento (T_c) , na direção oposta, conforme indicado pelas setas tracejadas 13'2 até a 10 chapa 117 vedar os orifícios 120 da chapa de- vedação 116 para bloquear substancialmente o fluxo de fluido através da chapa de vedação 116., conforme apresentado na Figura 7B. Em outras realizações da invenção, a chapa 117 pode ser desviada ém relação ã chapa de retenção 114 com os orifícios 118, 12.2 alinhados em uma posição normalmente aberta*. Nessa realização, a aplicação de pressão positiva em relação à chapa 117 sera necessariamente para motivar a chapa 117 em uma posição *fechada*. Observe que os termos vedada* e bloqueada*, conforme aqui utilizados ea relação, à operação 20 da. válvula, são direcionados para incluir casos nos quais ocorre, vedação ou bloqueio substancial (mas incompleto}, de mãneira que a resistência do fluxo da válvula s-eja maior na posição fechada que na posição ábertá<

A operação da válvula 110 ê uma função da alteração na direção da pressão diferencial (Δ.Ρ) de fluido através da válvula 110. Na Figura 7B, a .pressão diferencial foi atribuída a um valor negativo (-ΔΡ), conforme indioa.de pela seta apontando, para baixo. -Quando a pressão diferencial tem um valor -negativo {-•AF), & pressão do f luido na superf ície de 30 fora da chapa de retenção 114 é maior que a pressão do fluido na superfície de fora da. chapa de vedação 116. Essa pressão negativa diferencial (~ΔΡ) impulsiona a chapa 117 na posição completamente fechada, conforme descrito -acima, em que a chapa. 117 é pressionada contra a chapa de vedação 116 para bloquear os orifícios 120 na chapa de vedação 116, evitando, portanto, substancialmente que o fluxo de fluido atravesse a válvula 110. Quando a pressão diferencial através da válvula 5 110 se reverter para se tronar uaa pressão diferencial positiva (1ΔΡ) _f conforme indicado pela seta que aponta para cima na Figura 8 A, a chapa 117 é motivada para longe da chapa de vedação 115 e na direção da chapa de retenção 114 na posição aberta. Quando a pressão diferencial tiver um valor 10 positivo (4-ΔΡ), a pressão d.o fluido na. superficie de fora da chapa de vedação 116 for maior que a pressão do fluido na superfície de fora da chapa de retenção 114. Na posição aberta, o movimento da chapa 117 desbloqueia os orifícios 120 da chapa de vedação 11.6 de maneira que o fluído seja capas de 15 fluir através das mesmas os orifícios, alinhadas 122 e 118 da chapa 117 e da chapa de retenção 114, respect.ivamente, conforme indicado pelas setas tracejadas 124.

Quando a pressão diferencial através, da válvula n.o alterar novamente para uma pressão negativa diferencial (~

ΔΡ), conforme indicado pela seta apontando para baixo na Figura 8B, o fluido começa a fluir na direção oposta através da válvula no, conforme indicado pelas setas tracejadas 132, que força a chapa 117 de volta para a posição fechada apresentada na Figura 7B. Na Figura 8B, a pressão do fluido entre a chapa 117 e a chapa de vedação 115 é menor que a pressão do fluido entre a chapa 117 e a chapa, de retenção 114. Assim, a chapa 117 apresenta uma força resultante, representada pelas setas 138, que acelera a chapa 117 na direção da chapa de vedação 116 para fechar a válvula 110.

Dessa maneira, a. alteração da pressão diferencial cicia a válvula 110 entre as posições fechada e aberta com base na direção (isto é, positiva ou negativa) da pressão diferencial através da válvula 110. Deve ser entendido que a chapa 1 17 pode sex* desviada contra a chapa, de retenção 114. em uma posição aberta quando não for aplicada pressão diferencial através da válvula. 110, isto é, a válvula 110 estaria, então, em uma posição ^ncrmalménte aberta” .

Com referência novamente à Figura SA, a válvula 110 é disposta dentro da abertura primária 46’ da bomba 10 de maneira que o fluido seja coletado na cavidade 11 através da abertura primária 48’ e expelido da cavidade 11 através das aberturas secundárias 15, conforme indicado pelas setas 10 sólidas-, provendo, assim, uma fonte de pressão reduzida na abertura, primária 48’ da bomba 10. O fluxo de fluido através da abertura- primária 46*, conforme indicado pela seta sólida que aponta para cima corresponde ao fluxo de fluido através dos orifícios 118, 120 da válvula 110, conforme indicado 15 pelas setas tracejadas 12.4 que também aponta para cima.

Conforme indicado acima, a operação da válvula 110 é uma função da alteração na direção da pressão diferencial (ΔΡ^:) do fluído através de toda a superfície da chapa de retenção 114 da válvula lio para essa realização- de uma pressão negativa 20 b^mba. Presume-se que a pressão diferencial íhP) seja substancialmente uniforme através de toda a superfície da chapa de retenção 114 devido ao diâmetro da chapa de retenção 114 ser menor em -relação ao comprimento de onda das oscilações de pressão na cavidade 1:15 e, além disso, devido à 25 válvula 110 estar localizada .na. abertura primária 48'* próxima ao centro da cavidade 115 onde a amplitude do .anti-nó de pressão central 71 ê relativamente constante. Quando a pressão diferencial através da válvula 110 reverte para se tornar uma pressão diferencial positiva h-Δ?), conforme 30 apresentado na Figuras 6C e 8 A, a chapa desviada 117 é motivada para longe da chapa dé vedação 116 contra a chapa de retenção 114 na posição aberta. Messa posição, o movimento da :hapa 117 desbloqueia os orifícios 120 da chapa de vedação

116 de maneira que se permita que o fluido flua através das mesmas e dos orifícios alinhados 118 da chapa de retenção .114 e o.s orifícios 122 da chapa 117, conforme indicado pelas setas tracejadas 124. Quando a pressão diferencial mudar de 5 volta para a pressão negativa diferencial (-ΔΡ1, α fluida começa a fluir na direção oposta através da válvula 110 (vide Figura 8SJ, que força a chapa 117 de volta para a posição fechada (vide Figura 7B). Assim, como as oscilações de pressão na cavidade 11 ciciam a válvula 110 entre as posições 10 normalmente· fechada, e aberta, a. bomba 160 provê uma pressão reduzida a cada meio ciclo quando a válvula 110 estiver na posição aberta.

Presume-se que a pressão diferencial (ΔΡ) seja substancialmente uniforme através de toda a superfície da 15 chapa de retenção 114 devido a corresponder ao anti-nô de pressão central 71, conforme descrito acima, é, .portanto, uma boa aproximação de que não há variação espacial na pressão através da válvula 110. Embora na prática a dependência de tempo da pressão através da válvula seja aproximadamente 20 sinusoidal., na análise que segue, deve-se presumir que a pressão diferencial (ΔΡ) entre os valores de pressão diferencial positiva (*ΔΡ) e pressão negativa diferencial (~ ΛΡ) deve ser representada por uma onda quadrada sobre o período de tempo de pressão positiva (tpj e o período de 25 tempo da pressão negativa (tp.) da onda quadrada, respectivamente,, conforme apresentada na Figura 5A. como a pressão diferencial (hPJ cicia a válvula 110 entre as posições normalmente fechada e aberta, a bomba 10 provê uma pressão reduzida a cada meio ciclo quando a válvula 110 está 30 na posição aberta sujeita ao atraso de tempo de abertura (T₆) e atraso de tempo de fechamento (T.J, conforme, também descrito acima e conforme apresentado na Figura 9B. Quando a pressão diferencial .através da válvula 110 for ínicialmente negativa cora a válvula 110 fechada {vide Figura 7A) e reverter para se tornar uma pressão diferencial positiva (ίΔΡ) , a chapa desviada 117 é motivada para longe da chapa de vedação 116 na direção da chapa de retenção 114 na posição 5 aberta (vide Figura 7B) apôs o atraso- de tempo de abertura (Ts) . Nessa posição, o movimento da chapa 117 desbloqueia os orifícios 120 da chapa de vedação 116 se maneira que se permita que o fluido flua através das mesmas e dos orifícios alinhados 118 da chapa de retenção 114 e os orifícios 122 da 10 chapa 117, conforme indicado pelas setas tracejadas 124, provendo, assim, uma fonte de pressão reduzida fora da. abertura primária 46’ da bomba 10 sobre um período de tempo de abertura (t_e) . Quando a pressão diferencial através da válvula 110 mudar novamente para pressão negativa diferencial 15 (-ΔΡ), o fluido começa a fluir na direção oposta através da válvula 1.1Q (vide Figura 7C) que força a chapa 117 de volta para a posição fechada apõs o atraso de tempo de fechamento (T,;) , A válvula 11-0 permanece fechada para o restante- do meio ciclo ou do período de tempo fechada (t_<;) .

20. A chapa de retenção 114 e a chapa de vedação 116 devem ser fortes o suficiente para resistir às oscilações de pressão de fluido às quais são sujeitas sem deformação mecânica significativa. A chapa de retenção 114 e a chapa de vedação 116 podem ser formadas de qualquer material rígido 2S adequado como vidro, silicone, cerâmica ou metal. Os orifícios 118, 120 na chapa de retenção 114 e na chapa de vedação 116 podem ser formados por qualquer processo adequado incluindo gravação química, maquinação a laser, perfuração mecânica, jateamento em pd e estampagem. Em uma realização, a 10 chapa de retenção 114 e a chapa de vedação 116 são formadas de chapa de aço entre 100 e 200 micra de espessura, e os orifícios 118, 120 formados nela por gravação química. A chapa 117 pode ser formada de. qualquer material leve, como um

27/37 .filme de metal ou de polímero. Em uma realização, quando as oscilações de pressão- de fluido de 20 kHz ou maiores estiverem presentes em uma entre o lado da chapa de retenção .134 ou o lado da chapa de vedação 136 da válvula, a chapa 1.17 5 pode ser formada de uma folha de- polímero- fina entre 1 micron e 20 micra em espe-ssura. Per exemplo, a chapa 117 pode ser formada de -polietileno tereftalato (PET) ou um filme de polímero de cristal líquido de aproximadamente 3 micra em espessura.

A fim. de obter uma ordem de estimativa de magnitude para a massa máxima por área de unidade da chapa 117, de acordo com uma realização da invenção, presume-se novamente que a oscilação de pressão através da válvula 110 é uma onda quadrada, conforme apresentado na Figura 9A e que a pressão diferencial total cai através da chapa 117, Presumindo ainda que a chapa 117 movimenta um corpo rígido, a aceleração da chapa 1:17 para fora da posição fechada quando a pressão diferencial reverte o valor negativo para positivo pode ser expressa como segue?

χ ™ ~—

[Equação 2] onde x é a posição da chapa 117, x representa a aceleração da chapa 117, P é a amplitude da onda de pressão de oscilação, e m é a massa por área de unidade da chapa 117, A. integração dessa expressão para encontrar a distância, d, 25 trafega pela chapa 117 em um tempo t, produz~.se o seguinte:

rf ®—r

[Equação 3]

Essa expressão pode ser utilizada para estimar o tempo de atraso de abertura (T_o) e ç tempo de atraso de f echamento (Τ_Φ) , em cada caso., do ponto de reversão de 30 pressão.

8/37

Em uma realização da invenção, a chapa 117 deve trafegar a. distância entre a chapa de retenção 114 e a chapa de vedação 116, a lacuna da válvula (v_w) sendo a distância perpendicular entre a-s duas chapas, dentro de um período de

S tempo menor que cerca de um quarto (.2.5%) do período de tempo da oscilação de pressão diferencial que impulsiona o movimento da chapa 117, isto ê, o período- de tempo da onda dequadrado de aproximação (t^«J . Com base nessa aproximação e as equações acima, a. massa por área de unidade da .chapa. 11.7' (m) é sujeito à -seguinte desigualdade;

ou alternativamente

[Equação 4] onde d* ê a lacuna da chapa, isto é, a lacuna da válvula (y_w) menos a espessura da chapa 117, e / ê a 15 frequência da oscilação de pressão diferencial aplicada {confoiTne ilustrado na Figura 10) . Em uma realização, F pode ser ISkPa, / pode ser 20kHz., e d* pode ser 2S micra, indicando que a massa por área de unidade da chapa 117 (m) deve ser menor que cerca de 60 -gramas por metro quadrado, A cçbertura da. massa por área de unidade da chapa 117 (m) , a espessura da chapa 117 ê sujeita a seguinte inequalidade:

[Equação 5] onde Píxap ã a densidade do material da. chapa 117, A aplicação de uma densidade de material típica para um 25 polímero (por exemplo, aproximadamente 1400 kg/m³'), a espessura da chapa 117, de acordo com essa realização, ê menor -que cerca de 45 micra a operação de uma válvula 110 em condições normais.Devido à onda quadrada, apresentada na Figura 9A, superestimar, no geral a. aproximadamente forma, de onda de pressão de oscilação sinusoidal através da válvula 11.0, e ainda devido a somente uma proporção da diferença de pressão aplicada através da válvula 110 agir como uma diferença de pressão de aceleração na chapa 117, a aceleração S o inicia da chapa 117 será menor- que o estimado acima e o tempo de atraso de fechamento ,(T_Ô) será, na prática, maior. Portanto, o limite na espessura, da chapa derivado acima é muito Um limite superior e, na prática, para compensar a aceleração reduzida da chapa 17, -a espessura da chapa 17 pode 10 ser reduzida para satisfazer a inequalidade da Equação 5. A chapa 117 é mais de maneira a acelerar mais rapidamente para garantir que o tempo de atraso de fechamento (To) Seja, menor que cerca der um quarto (25%) do período de tempo da oscilação de pressão diferencial ít^^} ,

A minimização da queda de pressão incorrida, como fluxos da ar através da válvula 110 é importante para maximizar o desempenho da válvula uma vez que afeta tanto a taxa de fluxo máxima como a pressão adiada que são alcançáveis. A. redução do tamanho da lacuna da válvula (v_9&F) 20' -entre as chapas ou o diâmetro dos orifícios 11.8, 1.20 nas chapas tanto aumenta a resistência do fluxo oornc aumenta a queda de pressão através da válvula 110. De acordo com outra realização da invenção, a seguinte análise que emprega equações de .fluxo permanente para aproximar a resistência do 25 fluxo através válvula 110 podem ser utilizadas para, melhorara operação da válvula 110. A queda de pressão para o fluxo através de um orifício 118 ou 120 em qualquer chapa pode ser estimada utilizando a equação de Hagan-Pouisille?

..........ç.....7.....

(Equaçao 6J

0 onde μ é a viscosidade dinâmica do fluido, q é a taxa de fluxo através do orifício, t_piat_e é a espessura da

30/37 chapa e é o diâmetro do orifício.

Quando a válvula 110 estiver na posição aberta, conforme apresentado na Figura 7B, o fluxo de fluida através da lacuna entre a chapa 1.17 e a chapa de vedação 116 (o mesmo 5 valor que a. lacuna da chapa d_wJ propagará, de- maneira geral, radialmenté através da lacuna a urna primeira apraximãçãa após sair do orifício 120 na chapa de vedação 115 antes de contrair radialmente no orifício 118 na chapa de retenção 114. Se o padrão dos orifícios 118, 120 em ambas as chapas 10 for uma disposição quadrada com comprimento de vedação, s, entre os orifícios: 118 da chapa de retenção 114 e os orifícios 1.20 da chapa de vedação 116, conforme apresentado na. Figuras 7B e 7D., a queda de pressão através da cavidade 115 da válvula 110 pode ser aproximada pela seguinte equação;

^w n«u, j I

1» ^A '- % ' · 2 [ Equação 7]

Assim, a. queda de pressão total (aproximadamente àpw’*·-⁴'·· AP&Jk) pode ser muito sensível a. alterações no diâmetro dos orifícios 118, 120 e a lacuna de chana entre a -chapa 117 e a chapa de. vedação 116.. Deve ser observado que 20 uma lacuna de chapa menor dg_ap, que pode ser desejável a fim de minimizar o tempo de atraso de fechamento (Τ_δ) e o tempo de atraso- de fechamento (T₈) da válvula 110 pode aumentar a queda de pressão de maneira- significativa. De acordo com a equação acima-, a redução da lacuna da -chapa d_ew de 25 micra 25 para 20 -micra dobra a perda de pressão. Em muitas realizações práticas da válvula, é essa troca entre o tempo de resposta e a queda de pressão que determina a. lacuna, de chapa ideal d^p entre, a chapa 117 e a chapa de vedação 116. Em uma realização, a lacuna de chapa ideal d_w recai dentro de uma 30 variação aproximada entre cerca de 5 micra e cerca de 150 micra.

No ajuste do diâmetro dos orifícios 1.20 a chapa de vedação 116, deve ser dada consideração tanto para manter a tensão apresentada pela chapa 117 dentro dos limites aceitáveis, durante a operação da válvula 110 (essas tensões 5 que são reduzidas pelo uso de um diâmetro menor para os orifícios 120 da chapa de vedação 116} e para garantir que a queda de pressão através dos orifícios 120 não domine a queda de pressão total através da válvula 110,. Em relação à ultima consideração, uma comparação entre- equações 6 & 7 .acima para 10 quedas de pressão de orifício e lacuna produz um diâmetro mínimo para os orifícios 120 no qual a queda de pressão do orifício ê aproximadamente igual à queda de pressão da lacuna da válvula. Êsse cálculo ajuste um limite inferior no diâmetro desejável dos orifícios 1.20 acima do diâmetro da 15 queda de pressão do orifício se torne rapidamente pequena de maneira negligível.

Sm relação ã ultima consideração em relação ã tensão apresentada pela chapa 117 em operação, a Figura 10 ilustra uma parte da válvula 110 da Figura 7.B na posição 20 normalmente fechada. Nessa posição, a chapa 117 é sujeita à tensão como, a chapa 117 veda· e bloqueia o orifício 120 na chapa de vedação 1,16 fazendo com que a chapa 117 deforme na forma de uma ondulação que se estende da abertura dos orifícios 12C\, conforme ilustrado. 0 nível de tensão na chapa 25 117 nessa configuração aumenta com o diâmetro dos orifícios

120 na chapa, de. vedação 116 para uma. determinada espessura de chapa 117. o material da chapa 117 tenderá a se romper mais facilmente se o diâmetro dos orifícios 120 for muito grande, levando, assim, à falha da válvula 110.. A fim de reduzir a 30 probabilidade de que o material da chapa 117 rompa, o diâmetro do orifício 120 pode, ser reduzido para limitar a tensão apresentada pela chapa 117 em operação a um nível que está abaixo da tensão de fadiga do material da chapa 117.

*

A tensão máxima apresentada pela material da ahapa

117 em operação pode ser estimado utilizando a duas seguintes equações:

„ fc 1 I jy í i' )

--------~ A _s ~+Aj ~~ ί

Ei t \J J [Equação 8 ] . fc I , i·' f y |

FJ t At)

[Equaçao 9] onde rhciíí é o raia do orifício 120 da chapa de vedação- 115, t é a espessura da chapa 117, y ê a deflexão da chapa 117 no centra do orifício 1.20, dp_s;ax é a diferença de pressão máxima apresentada pela chapa 117 quando vedada, E é 10 o Módulo de Young do material da chapa 117, e K: a K₄ são constantes dependentes dos detalhes das condições de limite e a proporção de Poisson da. chapa 117, Para um determinado material de chapa 117 e geometria dos orifícios 120, a equação 8 pode ser solucionada para deformação, y, e o 15 resultado, então, utilizado na equação 9 para calcular a tensão. Para valores de y « t, os termos cúbicos e quadrados y/t nas equações 8 e 9-, respectivamente, tornam-se pequenos e essas equações simplificam corresponder à teoria de deflexãa dç chapa pequena. A simplificação dessas- equações resulta a 20 tensão máxima sendo proporcional ao raio dos orifícios 12Q quadrados e, de maneira inversa, proporcional à espessura da chapa 117 quadrada. Para valores de yst ou para chapas que não têm rigidez à flexão, os termos y/t cúbicos e quadrados nas duas equações se tomam mais significativos, de maneira 25: que a tensão máxima se torne proporcional ao raio do orifício 120 para potência 2/3 e, de maneira inversa, proporcional à espessura da -chapa 117 para potência 2/3.

Em uma realização da invenção, a chapa 117 é formada de uma folha de polímero fina, como Mylar que tem uma 30. proporção de Poisson de 0,3 8, e ê presa à chapa de vedação «

116 na margem dos orifícios 120, As constantes Kj a K,_} podem ser estimadas como 6,23, 3,04, 4,68 e '1,73# respectivamente. A utilização desses valores nas Equações 8 e 9 e presumindo que a espessura da chapa 117 é de cerca de 3 micra Com um 5 Modulo de Young de 4,3 GPa em diferença de pressão de SOõmbar, a deflexão (y) da chapa 117 será de aproximadamente Ipm para um raio de orifício de 0,06mm, cerca de 4çm para um raio de orifício de 0/lmm, e cerca de 8um para um. raio de orifício de 0,15mm. As tensões máximas nessas, condições serão 10 16, 34 e 43MPa, raspectivamente. A consideração de um alto número de ciclos de tensão aplicados à chapa 117 durante a operação da válvula 110, a tensão máxima por ciclo tolerada pela chapa 1:17 deve ser significantemente menor que a tensão de produzida no material da chapa 117 a fim de reduzir a IS possibilidade de que a chapa 117 sofra um rompimento de fadiga, espe-cialmente na parte de ondulação da chapa 117 que se estendem nos orifícios 120. Com base nos dados de fadiga compilados para um alto numero de -ciclos, foi determinado que a tensão de produzida real do material da chapa 117 deve ser 20 pelo menos cerca de quatro vezes maior que a tensão aplicada ao material da chapa 117 (por exemplo, 16, 34 e 4 3 MPa, conforme calculado acima} .. Assim, o material da chapa 117 deve ter uma tensão produzida tão alta quanto 150MPa para minimizar a probabilidade desses rompimentos para um diâmetro 25 de -orifício máximo, -nesse caso, de aproximadamente 200 micra.

A redução do diâmetro dos orifícios 120 além desse ponto pode ser desejável uma vez que reduz adicionalmente a tensão -da. chapa 117 e não tem efeito -significativo na resistência de fluxo da válvula até a abordagem do diâmetro 30 dos orifícios 120 de mesmo tamanho que a lacuna da chapa d«_ap>.

Ainda, a redução- no diâmetro dos orifícios 120 permite inclusões de um número maior de orifícios 120 por área de unidade da superfície da válvula 110 para um determinado

I comprimento de vedação.. Entretanto, o tamanho do diâmetro- dos .orifícios 120 pode ser limitado,, pelo menos em parte, pela maneira na qual as chapas da válvula 110 foram fabricadas. Por exemplo, a gravação química limita o diâmetro dos orifícios 120 para ser maior que aproximadamente a espessura das chapas a fim de alcançar resultados- de gravação repetíveis e controláveis. Em uma realização, os orifício® 120 na chapa de vedação US sendo entre cerca de 20 micra ecerca de 500 micra em diâmetro. Em outra realização, a chapa de retenção 114 e a chapa de vedação 116 são formadas de chapa de aço de cerca de 100 micra de espessura, e os orifícios 118, 120 são de cerca de 150 micra em diâmetro, Nessa realização, a válvula chapa 117 é formada de politezeftalato de etileno (PET) e tem cerca de 3 micra de espessura. A lacuna da válvula (v_g«_P) entre a chapa de vedação 1.16 e a chapa de retenção 114 é de cercá de 2S micra,

As Figuras 11A e 11B ilustram ainda outra realização da válvula 110, válvula 310, que compreende orifícios- de liberação 318 que se estendem na chapa de retenção 114 entre cs orifícios 118 na chapa, de retenção 114. Os orifícios de. liberação 322 facilitam a aceleração da chapa 117 para fora da chapa de retenção 114 quando a pressão diferencial através da válvula 310 -mudar -de direção, reduzindo-, portanto,, mais o tempo de resposta da válvula 310, isto ê, reduzindo o tempo de atraso de fechamento (T_e) . Como a. pressão diferencia.! muda de sinal e o fluxo reverso começa (conforme ilustrado- pelas setas tracejadas 332), a pressão do fluido entre a chapa 117 e a chapa de vedação 112 reduz, e, assim, a chapa 117 se movimenta para fora da. chapa: de re-tenção 114 em direção à chapa de vedação 116. Qs orifícios de liberação 318 expõem a superfície de fora 317 da chapa 117 em contato com a chapa de retenção 114 para a pressão diferencial acionar para fechar a válvula 3X0. Também, os

35/37 orifícios de liberação 318 reduzem a distância 36'0 que o fluido deve penetrar entre a chapa de retenção 114 e a chapa 117 a fim de liberar a chapa 117 da chapa de retenção 114, conforme ilustrado na Figura 1,1 B. Os orifícios de liberação 5 318 podem ter um diâmetro diferente que os outros orifícios

118, 120 nas. chapas da válvula. Nas Figuras HA e 11B, a chapa de retenção 114 age para limitar o movimento da chapa 11.7 e para suportar a chapa 117 na posição aberta enquanto tem uma área de contato de superfície reduzida can a 10 superfície 317 da chapa 117.

As Figuras 12A e 12B apresentam duas válvulas 110, conforme apresentado na Figura 7A, em que uma válvula 410 é orientada na mesma posição que a válvula 110 da Figura 7A e a outra válvula 420 é invertida ou revertida com a. chapa de 15 retenção 114 no lado inferior e a chapa de vedação 116 no lado superior» As válvulas 410, 420 operam, conforme descrito acima, em ralação à válvula 110 das Figuras 7A-7C e 8A-8B, mas com. os fluxos de ar nas direções opostas, conforme indicado pela seta tracejada 412 para a válvula 41'0 e seta .20 tracejada 422 para a válvula 420, em que uma válvula, age como uma válvula, de. entrada e a outra age como uma válvula de saída. A Figura 12Ç apresenta um gráfico do ciclo de operação da válvulas 410, 420 entre uma posição aberta e fechada que são moduladas, pela ciclo de onda quadrada da pressão 2S diferencial CAP), conform® ilustrado pelas linhas tracejadas {vide Figuras. 9A e 9δ) . Q gráfico apresenta um meio ciclo pat*a cada uma das válvulas 410, 420 uma vez que. cada uma abre da posição fechada. Quando a pressão diferencial através da válvula 410 é inicialmente negativa e se reverte para se 30 tornar uma pressão .diferencial positiva {ΑΔΡ), a válvula 410 abre, conforme descrito acima e apresentado pelo gráfico 414 com. fluxo de fluindo na direção indicada pela seta 412. Entretanto, quando a pressão diferencial através válvula 4.20 for Inicialmente positiva e reverter para se tornar uma pressão negativa diferencial Í~AP), a válvula 420 abre., conforme descrito acima e. apresentado pelo gráfico 424 com fluxo de fluindo na direção oposta, conforme indicada pela 5 seta 42:2, Consequentemente, a combinação das válvulas 410,

420 funciona como uma válvula bidirecional que permite o fluxo de fluido em ambas as direções em resposta ao ciclo da pressão diferencial (ΔΡ). As válvulas 410, 420 podem ser montadas de maneira conveniente lado a lado dentro da 10 abertura primária 46* da bomba 10 para evitar o fluxo de fluido na direção indicada pela seta sólida na abertura primária 46' , conforme apresentada na Figura 6 A para uma, metade de cicia e, então, na direção oposta (não apresentado) para a metade do ciclo oposta,

As Figuras 13 e 14 apresentam ainda outra realização das válvulas 410, 420 da Figura 12A na qual duas válvulas 510, 520 correspondente às válvulas 410, 420, respectivamente, são formadas dentro de uma única estrutura 505. Bssançialmente, as duas válvulas 510, 5.20 compartilham 20 uma parede ou barreira de divisão 540 .que, nesse caso, ê formada coma parte da parede 112, apesar de outras construções poderem ser possíveis. Quando a pressão diferencial através da válvula 510 for inicialmente negativa e se reverter para se tornar uma pressão diferencial .positiva 25 (+ΔΡ) _f a válvula 510 abre de sua. posição normalmente fechada.

com o fluxo de fluindo na direção indicada pela seta 512, Entretanto-, quando a pressão diferencial através da válvula 520 for inicia.lme.nte positiva e se reverter para -se tornar uma pressão negativa diferencial a válvula. 520 abre de usa posição, normalment.e fechada com o fluxo de fluindo na direção oposta, conforme indicado pela seta 522. Consequentementeí a combinação das válvulas 510, 520 funciona como uma válvula bidirecional que permite o fluxo de fluido

37/37 em ambas as direções em resposta do ciclo da pressão diferencial (-ΔΡ) ,

A Figura 15 apresenta ainda outra realização de uma válvula bidirecional 555 que tem uma -estrutura semelhante a 5 da válvula bidirecional S05 da Figura 14. A válvula bidirecional 551 também é formada dentro de uma única estrutura que tem. duas válvulas 51Ω, 530 que compartilham uma parede comum ou barreira de divisão 560 que também é formada -como parte da parede 112. A válvula 510 ópera na mesma 10 maneira, conforme descrito acima, com a chapa 117 apresentada na posição normalmente fechada .que bloqueia os orifícios 20, conforme descrito acima. Entretanto, a válvula bidirecional 550 tem uma única chapa 117 que tem uma primeira parte de chapa 117a dentro da válvula 510 e uma segunda parte da chapa 15 117b dentro da válvula 530. A segunda parte da chapa 1.17b ê desviada contra a chapa 516 e compreende orifícios 522 que são alinhados aos orifícios 120 da chapa .816 em vez de os orifícios 118 da chapa 514 diferente das válvulas descritas acima. Sssencialmente, a válvula 130 é desviada pela parte da 20 ohapa 117b em uma posição normalmente aberta conforme distinguida da posição normalmente fechada das outras válvulas descritas acima. Assim, a combinação das válvulas 510, 530 funciona como uma válvula bidirecional que permite o fluxo de fluido em. ambas as direções em resposta ao ciclo da 25 pressão diferencial (ΔΡ) com as duas válvulas abrindo e fechando em ciclos de altérnação.

Deve ser aparente a partir da descrição acima que uma invenção que tem. vantagens, significativas foi provida. Embora a invenção seja, apresentada somente em poucas das suas 35 formas, não se limita somente a isso, pois é suscetível a diversas alterações e modificações sem se desviar de seu espírito.

Claims

1. BOMBA, caracterizada por compreender:

um corpo de bomba que tem uma forma substancialmente cilíndrica que define uma cavidade para conter um fluido, a cavidade sendo formada por uma parede lateral fechada em ambas as extremidades por paredes de extremidade substancialmente circular, pelo menos uma das paredes de extremidade sendo uma parede de extremidade impulsionada que tem uma parte central e uma parte periférica que se estendem de maneira radial externamente da parte central da parede de extremidade impulsionada;

um atuador associado operativamente à parte central da parede de extremidade impulsionada para causar um movimento oscilatório da parede de extremidade impulsionada, gerando, portanto, oscilações de deslocamento da parede de extremidade impulsionada em uma direção substancialmente perpendicular a mesma com um nó anular entre o centro da parede de extremidade impulsionada e da parede lateral quando estiver em uso;

um isolador operativamente associado ã parte periférica da parede de extremidade impulsionada para reduzir amortecimento das oscilações de deslocamento;

uma primeira abertura disposta em qualquer localização na cavidade diferente da localização do nó anular e que se estende através do corpo de bomba;

uma segunda abertura disposta em qualquer localização no corpo de bomba diferente da localização da dita primeira abertura e que estende através do corpo de bomba; e, uma válvula de aba disposta em pelo menos uma entre as ditas primeira abertura e segunda abertura;

pela qual, as oscilações de deslocamento geram oscilações de pressão radial correspondentes do fluido dentro

2/9 da cavidade do dito corpo de bomba fazendo com que o fluido flua através das ditas primeira e segundas aberturas quando em uso.

2. BOMBA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada em que a dita válvula de aba compreende:

uma primeira chapa que tem aberturas que se estendem, de modo geral, perpendicular através da dita primeira chapa;

uma segunda chapa que tem as primeiras aberturas que se estendem, de modo geral, perpendicular através da dita segunda chapa, as primeiras aberturas sendo substancialmente deslocadas das aberturas da dita primeira chapa;

um espaçador disposto entre a dita primeira chapa e a dita segunda chapa para formar uma cavidade entre as mesmas em comunicação fluida com as aberturas da dita primeira chapa e as primeiras aberturas da dita segunda chapa; e, uma aba disposta e móvel entre a dita chapa e a dita segunda chapa, a dita aba tendo aberturas substancialmente deslocadas das aberturas da dita primeira chapa e substancialmente alinhadas às primeiras aberturas da dita segunda chapa;

pela qual, a dita aba é induzida entre a dita primeira e segunda chapas em resposta a uma mudança na direção da pressão diferencial do fluido que atravessa a dita válvula de aba.

3. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que a dita segunda chapa compreende as segundas aberturas que se estendem, de modo geral, perpendicular através da dita segunda chapa e que são espaçadas entre as primeiras aberturas da dita segunda chapa, pela qual, as segundas aberturas são deslocadas das aberturas da dita aba.

4. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2,

3/9 caracterizada em que a dita aba é disposta adjacente em uma entre a primeira e segunda chapas em uma primeira posição quando a pressão diferencial for substancialmente zero e móvel à outra uma entre as ditas primeira e segunda chapas em uma segunda posição quando uma pressão diferencial for aplicada, pela qual, a dita aba é induzida da primeira posição para a segunda posição em resposta a uma mudança na direção da pressão diferencial do fluido que atravessa a dita válvula de aba e de volta à primeira posição em resposta a uma reversão na direção da pressão diferencial do fluido.

5. BOMBA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada em que a dita aba é disposta adjacente à dita segunda chapa em uma posição normalmente aberta, pela qual, o fluido flui através da dita válvula de aba quando a dita aba estiver na primeira posição e o fluxo do fluido é bloqueado pela dita válvula de aba quando a dita aba estiver na segunda posição.

6. BOMBA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada em que a dita aba é disposta adjacente à dita primeira chapa em uma posição normalmente fechada, pela qual, o fluxo do fluido é bloqueado pela dita válvula de aba quando a dita aba estiver na primeira posição e o fluido flui através da dita válvula de aba quando a dita aba estiver na segunda posição.

7. BOMBA, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada em que a dita segunda chapa ainda compreende segundas aberturas que se estendem, de modo geral, perpendicular através da dita segunda chapa e espaçadas entre as primeiras aberturas da dita segunda chapa, pela qual, as segundas aberturas são deslocadas das aberturas da dita aba quando na segunda posição.

8. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que as ditas primeira e segunda chapas são

4/9 formadas de um material substancialmente rígido selecionado do grupo que consiste em metal, plástico, silicone e vidro.

9. BOMBA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada em que o metal é aço que tem uma espessura entre cerca de 100 e cerca de 200 micra.

10. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que a dita aba e uma entre as ditas primeira e segunda chapas são separadas por uma distância entre cerca de 5 micra e cerca de 150 micra quando a dita aba estiver disposta adjacente à dita outra chapa.

11. BOMBA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada em que a dita aba é formada de um polímero que tem uma espessura de cerca de 3 micra e a distância entre a dita aba e uma entre as ditas primeira e segunda chapas for entre cerca de 15 micra e cerca de 50 micra quando a dita aba estiver disposta adjacente à outra dita chapa.

12. BOMBA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada em que a dita aba é formada de um material de peso leve selecionado do grupo que consiste em um polímero e metal.

13. BOMBA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada em que o material de peso leve é um polímero que tem uma espessura menor que cerca de 20 micra.

14. BOMBA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada em que o polímero é tereftalato de polietileno que tem uma espessura de cerca de 3 micra.

15. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que as aberturas na dita primeira chapa são menores que cerca de 500 micra em diâmetro.

16. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que a dita aba é formada de um polímero que tem uma espessura de cerca de 3 micra e as aberturas na dita primeira chapa são menores que cerca de 150 micra em

5/9 diâmetro.

17. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que as ditas primeira e segunda chapas são formadas de aço que tem uma espessura de cerca de 100 micra, e em que as aberturas da dita primeira chapa, as primeiras aberturas das ditas segundas chapas e as aberturas da dita aba são de cerca de 15 0 micra em diâmetro, e em que a dita aba é formada de um filme de polímero que tem uma espessura de cerca de 3 micra.

18. BOMBA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que as ditas primeira e segunda chapas, o dito espaçador e a dita aba compreende uma primeira parte de válvula, e a dita válvula de aba compreende adicionalmente uma segunda parte de válvula que compreende:

uma segunda chapa que tem primeiras aberturas que se estendem, de modo geral, perpendicular através da dita segunda chapa, as primeiras aberturas sendo substancialmente deslocadas das aberturas da dita primeira chapa;

um espaçador disposto entre a dita primeira chapa e as ditas segundas chapas para formar uma cavidade entre as mesmas em comunicação fluida com as aberturas da dita primeira chapa e as primeiras aberturas da dita segunda chapa; e uma aba disposta e móvel entre as dita primeira chapa e a dita segunda chapa, a dita aba tendo aberturas substancialmente deslocadas das aberturas da dita primeira chapa e substancialmente alinhadas às primeiras aberturas da dita segunda chapa;

pela qual, a dita aba é induzida entre as ditas primeira e segunda chapas em resposta a uma mudança na

6/9 direção da pressão diferencial do fluido que atravessa a válvula de aba; e em que as ditas primeira e segunda partes de válvula são orientadas em relação à pressão diferencial para 5 permitir que o fluido flua através das ditas duas partes da dita válvula em direções opostas em resposta à oscilação da pressão diferencial do fluido que atravessa a dita válvula.

19. BOMBA, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada em que a dita aba de cada parte de válvula é 10 disposta adjacente a uma entre as ditas primeira e segunda chapas em uma primeira posição quando a pressão diferencial for substancialmente zero e móvel a outra uma entre as ditas primeira e segunda chapas em uma segunda posição quando for aplicada uma pressão diferencial, pela qual, cada uma das 15 ditas abas é induzida da primeira posição para a segunda posição em resposta a uma mudança na direção da pressão diferencial do fluido que atravessa a dita válvula de aba e de volta à primeira posição em resposta a uma reversão na direção da pressão diferencial do fluido.

20 20. BOMBA, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada em que as ditas primeira e segunda partes de válvula são orientadas em direções opostas considerando a pressão diferencial, e a dita aba de cada parte de válvula é disposta adjacente à dita segunda chapa em uma posição 25 normalmente aberta, pela qual, o fluido flui através de cada uma das ditas partes de válvula quando as ditas abas estiverem na primeira posição e o fluxo do fluido estiver bloqueado pelas ditas partes de válvula quando as ditas abas estiverem na segunda posição.

30

21. BOMBA, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada em que as ditas primeira e segunda partes de válvula são orientadas em direções opostas considerando a pressão diferencial, e a dita aba de cada parte de válvula

7/9 estiver disposta adjacente à dita primeira chapa em uma posição normalmente fechada, pela qual, o fluxo do fluido é bloqueado pelas ditas partes de válvula quando as ditas abas estiverem na primeira posição e o fluido flui através das ditas partes de válvula quando as ditas abas estiverem na segunda posição.

22. BOMBA, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada em que as ditas primeira e segunda partes de válvula são orientadas em direções opostas considerando a pressão diferencial, a dita aba da dita primeira parte de válvula sendo disposta adjacente â dita primeira chapa em uma posição normalmente fechada, pela qual, o fluxo do fluido é bloqueado pela dita primeira parte de válvula quando a dita aba estiver na primeira posição e o fluido flui através da dita primeira parte de válvula quando a dita aba estiver na segunda posição, e a dita aba da dita segunda parte de válvula sendo disposta adjacente à dita segunda chapa em uma posição normalmente aberta, pela qual, o fluido flui através da dita segunda parte de válvula quando a dita aba estiver na primeira posição e o fluxo do fluido é bloqueado pela dita segunda parte de válvula quando a dita aba estiver na segunda posição.

23. BOMBA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada em que o movimento oscilatório gera oscilações de pressão radial do fluido dentro da cavidade fazendo com que o fluido flua através das ditas primeira abertura e segunda abertura.

24. BOMBA, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada em que a menor frequência ressonante das oscilações de pressão radial é maior que cerca de 500 Hz.

25. BOMBA, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada em que a frequência do movimento oscilatório é aproximadamente igual à menor frequência ressonante das

8/9 oscilações de pressão radial.

26. BOMBA, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada em que a frequência do movimento oscilatório está dentro de 20% da menor frequência ressonante das oscilações de pressão radial.

27. BOMBA, de acordo com a reivindicação 23, caracterizada em que o movimento oscilatório é correspondente em forma e modo às oscilações de pressão radial.

28. BOMBA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada em que a dita válvula de aba é uma válvula bidirecional para controlar o fluxo do fluido em duas direções, a dita válvula bidirecional compreendendo pelo menos duas partes de válvula para controlar o fluxo do fluido, cada uma das ditas partes de válvula compreendendo:

uma segunda chapa que tem aberturas que se estendem, de modo geral, perpendicular através da dita segunda chapa, as primeiras aberturas sendo substancialmente deslocadas das aberturas das ditas primeiras chapas;

um espaçador disposto entre a dita primeira chapa e as ditas segundas chapas para formar uma cavidade entre as mesmas em comunicação fluida com as aberturas da dita primeira chapa e as aberturas da dita segunda chapa; e uma aba disposta e móvel entre as ditas primeira e segunda chapas, a dita aba tendo aberturas substancialmente deslocadas das aberturas da dita primeira chapa e substancialmente alinhadas às aberturas da dita segunda chapa;

pela qual, a dita aba é induzida entre as ditas primeira e segunda chapas em resposta a uma mudança na direção da pressão diferencial do fluido que atravessa a dita

3/3 válvula; e, em que as ditas primeira e segunda partes de válvula são orientadas em relação à pressão diferencial para permitir que o fluido flua através das ditas duas partes da

5 dita válvula em direções opostas em resposta à oscilação da pressão diferencial do fluido que atravessa a dita válvula.

29. VÁLVULA BIDIRECIONAL, tal como definido na reivindicação 28, caracterizada em que a dita aba de cada parte de válvula é disposta adjacente a uma entre as ditas

10 primeira e segunda chapas em uma primeira posição quando a pressão diferencial for substancialmente zero e móvel para a outra entre as ditas primeira e segunda chapas em uma segunda posição quando a pressão diferencial for aplicada, pela qual, cada uma das ditas abas é induzida da primeira posição para a

15 segunda posição em resposta a uma mudança na direção da pressão diferencial do fluido que atravessa a dita válvula e de volta para a primeira posição em resposta a uma reversão na direção da pressão diferencial do fluido.