ITPR20100082A1 - Dispositivo elettromagnetico meccanicamente statico per accelerare molecole elettricamente neutre utilizzando il loro momento elettrico dipolare - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“DISPOSITIVO ELETTROMAGNETICO MECCANICAMENTE STATICO

PER ACCELERARE MOLECOLE ELETTRICAMENTE NEUTRE UTILIZZANDO

IL LORO MOMENTO ELETTRICO DIPOLARE”

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo elettromagnetico meccanicamente statico per accelerare molecole elettricamente neutre utilizzando il loro debole momento elettrico dipolare e la forza di Lorentz dell’elettrologia.

Il dispositivo trova impiego come:

a) pompa per liquidi,

b) compressore per gas,

c) propulsore per sostanze solide (in pezzi, in polvere o in sospensione in liquidi), d) generatore di elettricità alimentato da fluidi sotto pressione,

e) indicatore di portata per fluidi,

f) separatore di componenti chimici in fase liquida o gassosa,

g) separatore di isotopi di atomi.

Il dispositivo elettromagnetico oggetto del presente brevetto ha due gruppi di applicazioni principali:

• gruppo di applicazioni A come moto re/α eneratore.

• gruppo di applicazioni B come separatore di componenti chimico-fisici.

A) Per il GRUPPO DI APPLICAZIONI A nella tecnica attuale si ricorre, generalmente, per la propulsione di fluidi, ad una combinazione [motore elettrico rotativo - pompa centrifuga] nel caso di motori e ad una

[turbina - motore elettrico rotativo] nel caso di generatori di energia elettrica. Sono evidenti gli svantaggi connessi alla presenza nei dispositivi di parti mobili, di contatti di strisciamento o rotolamento, di superfici di tenuta di fluidi (anche corrosivi e talvolta molto pericolosi, come quelli trattati nelle centrali nucleari) e, complessivamente, all’impiego di apparecchiature complicate e in molti casi ingombranti, con rendimenti energetici bassi principalmente per la necessità di trasformare un moto rotatorio in lineare o viceversa.

B) Per il GRUPPO DI APPLICAZIONI B la separazione di componenti con metodi fisici (escludendo quella con metodi chimici) viene fatta, nella tecnica attuale, principalmente mediante il complesso e talvolta molto costoso processo di distillazione frazionata di componenti chimico-fisici in fase liquida, previa liquefazione della miscela di partenza se gassosa. La distillazione viene fatta in colonne, generalmente a piatti, utilizzando la differenza fra i punti di ebollizione dei componenti stessi. La separazione mediante centrifughe viene impiegata solo in alcuni casi, come per gli isotopi di uranio. Si prenda in considerazione, come esempio, la separazione per distillazione di una miscela dei due idrocarburi propano e propilene in una colonna a piatti. In corrispondenza di un piatto intermedio si introduce l’alimentazione. Dal piatto superiore viene estratto in fase vapore il componente più volatile (propilene), che viene condensato. Una parte del condensato viene reintrodotta nel piatto superiore come “riflusso”, e questo può essere in quantità anche parecchie volte maggiore di quella della parte utile estratta. Dal piatto inferiore, in corrispondenza del quale viene fornito il calore per l’evaporazione del liquido, si estrae il componente meno volatile (propano). Per una tonnellata di miscela può essere necessario far evaporare anche parecchie tonnellate di liquido. Nella colonna un piatto è un “elemento di arricchimento” nel componente più volatile. Questo arricchimento è ottenuto creando nel piatto stesso un equilibrio chimico-fisico fra una fase liquida ed una gassosa, in cui la concentrazione del componente più volatile nel vapore è più alta di quella nel liquido.

In questo contesto, lo scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo elettromagnetico molto innovativo che possa consentire per le anzidette applicazioni grandi semplificazioni e risparmi di costi. Il dispositivo in questione, comprendente le caratteristiche esposte in una o più delle unite Rivendicazioni, permette di ottenere buoni risultati nel raggiungimento di tale scopo, soprattutto per la presenza esclusivamente di parti statiche e per la diretta accelerazione lineare delle sostanze da trattare senza la necessità di trasformare un moto rotatorio in lineare o viceversa.

Le caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di due forme di realizzazione preferite ma non esclusive del dispositivo in questione, come propulsore (Progetto Base A) e come separatore di componenti (Progetto Base B), secondo quanto illustrato negli uniti disegni in cui:

- la Fig. 1 illustra un propulsore (pompa per liquidi);

- la Fig. 1 a illustra la sezione A-A della Fig. 1 ;

- la Fig. 2 illustra un separatore di componenti chimici;

- la Fig. 2a illustra la sezione A-A della Fig. 2;

la Fig. 3-A illustra forme d'onda dei vettori forza elettromotrice E e induzione magnetica B in un primo caso chimico-fisico;

la Fig. 3-B illustra forme d'onda dei vettori forza elettromotrice E e induzione magnetica B in un secondo caso fisico-chimico;

- la Fig. 4 illustra un propulsore come quello della Fig. 1 realizzato sostituendo la forza elettromotrice E con onde Hertziane;

- la Fig. 4a illustra la sezione A-A della Fig. 4.

Il principio di funzionamento alla base del presente trovato è descritto nel seguito. Come è noto, il fenomeno della produzione, in un atomo o molecola, di un momento elettrico dipolare viene chiamato polarizzazione elettrica. Tale polarizzazione può essere spontanea (causata da interazioni interne in una molecola pluriatomica fra le cariche elettriche positive e quelle negative), indotta (da campi elettromagnetici esterni), o composta fra i due tipi precedenti.

I tipi di polarizzazione elettrica, già descritti nella letteratura specifica, sono le polarizzazioni molecolare, elettronica, atomica e interfacciale (o ionica).

In una molecola (monoatomica o pluriatomica) il centro di massa delle cariche elettriche positive (nuclei degli atomi) e quello delle negative (elettroni orbitali periferici degli atomi) possono non essere coincidenti, per fenomeno intrinseco relativo alla struttura di una molecola pluriatomica o indotto da un campo elettromagnetico esterno. Il prodotto del valore della carica totale positiva della molecola per la distanza fra i centri di massa delle cariche positive e negative costituisce un momento elettrico dipolare.

Il comportamento della molecola sotto l’azione di campi elettromagnetici esterni per effetto del suo momento elettrico dipolare si può schematizzare come quello del complesso di un teorico elettrone ("elettrone equivalente") e di un teorico positrone equivalente antagonista solidali con la molecola stessa, disposti lungo l'asse congiungente i centri di massa delle cariche elettriche positive e negative (asse elettrico), e separati da un "braccio equivalente di momento dipolare” δ.

Indicando con [e] la carica elettrica, in valore assoluto, dell’elettrone, il momento elettrico dipolare è dato dal prodotto [e-δ] e può essere misurato nell’unità [e-m] (elettrone-metro). Nella letteratura esso viene, generalmente, misurato nell’unità [C-m] (Coulomb-metro) o nell’unità [D] (Debye), essendo 1 D equivalente a [3.336-10<"30>C-m] o a [0,2082-10<"10>e-m]. Per l’acqua si ha 1 ,85 D, equivalente a [0.3852-10<'1>° e-m], per cui risulta [δ = 0.3852-10<'1>° m = 0.3852 À],

Con riferimento alla Fig. 1 , una sostanza in trattamento (liquida, gassosa o solida) viene sottoposta, in una Camera di Trattamento 1 , consitente, come singolo elemento costruttivo vero e proprio, da un tratto di opportuna lunghezza di un Tubo di Trattamento 14, in materiale non conduttore e internamento vuoto, all’azione di un campo magnetico alternato ad onde generalmente sinusoidali (ma che possono essere anche rettangolari o rettangolari con angoli arrotondati), con vettore “induzione magnetica” B perpendicolare alla direzione della spinta da ottenere e, simultaneamente, ad un campo elettrico alternato, isofrequenziale e con le stesse caratteristiche riguardo alla forma dell'onda, con vettore “forza elettromotrice” E perpendicolare sia a B che alla direzione della spinta.

Nella trattazione seguente si consideri il caso della polarizzazione molecolare. Si fa presente, comunque, che in tutti i tipi di polarizzazione il fenomeno della produzione della spinta periodica in una stessa direzione orientata è identico a quello della polarizzazione molecolare.

Vengono inclusi nella presente invenzione tutti i tipi di onde, sinusoidali, pulsanti o di forma intermedia fra la rettangolare e la sinusoidale. Queste ultime possono essere generate, ad esempio, da un inverter.

Nel seguito, per tutta la descrizione dell'invenzione:

• si considerano onde sinusoidali, salvo diversamente indicato,

• si indicano, in un sistema destrogiro a tre assi coordinati ortogonali fx, v, zi, con “x” la direzione della spinta (coincidente con l’asse del Tubo di Trattamento), con “z” quella del campo magnetico (vettore B) e con “v” quella del campo elettrico (vettore E).

L’interazione fra le due onde di E e B è spiegata nel seguito.

Con riferimento alla Fig. 3-A, nella quale la sinusoide del vettore B è spostata in ritardo in quadratura rispetto a quella del vettore E, quando il vettore E all’istante t1 (indicato sull’asse delle ascisse) subisce un’inversione, esso inizia a far muovere una molecola tendendo a disporre parallelamente a se stesso l’asse elettrico della molecola stessa, con il centro di massa delle cariche elettriche positive rivolto verso il polo negativo istantaneo del campo elettrico. Questo movimento, che lascia invariata la posizione del centro della molecola, verrà chiamato nel seguito “stiramento.

Si ha “stiramento totale” quando la molecola si capovolge completamente in un semiperiodo del vettore E, e “stiramento parziale” nel caso più frequente in cui l’asse elettrico della molecola, per valori non sufficienti di E rispetto alla resistenza della sostanza da trattare allo stiramento, oscilla fra due posizioni inclinate simmetricamente di un angolo [α<90Γ rispetto alla “direzione di riposo”, schematizzata come coincidente statisticamente con la direzione “x” della spinta da ottenere. L’angolo a verrà chiamato “angolo di stiramento”

A questo punto si devono trattare separatamente un CASO 1 e un CASO 2.

CASO 1

Il CASO 1 si verifica quando lo stiramento è parziale e richiede per il suo svolgimento, dagli angoli di stiramento [-a] a [+a], un intero semiperiodo di oscillazione delle onde dei due campi. Si ha questo stesso CASO 1 anche per stiramento totale, purché esso richieda sempre, per svolgersi, un semiperiodo di oscillazione delle onde. L’anzidetta situazione con stiramento parziale si verifica, ad esempio, con l’acqua liquida come sostanza da trattare, anche con tensioni molto elevate del campo elettrico, per la forte resistenza della molecola, a causa principalmente del suo elevato momento elettrico dipolare, all’allineamento del suo asse elettrico.

Con riferimento alla Fig. 3-A, si considera uno stiramento parziale, con oscillazione dell’asse elettrico fra i due valori [-a ] e [+a] in tutto l’intervallo t2-t4 del vettore E. E’ necessario che in tale intervallo B sia sempre dello stesso segno, la qual cosa richiede che B sia in quadratura rispetto ad E.

Nello stesso intervallo di tempo lo schematico “elettrone equivalente” della molecola compie un movimento che ha una componente nella direzione y sempre nello stesso senso. Si indichi con “v” il valore medio della velocità di questa componente di spostamento nell'intervallo t2-t4.

Nello stesso intervallo l’elettrone equivalente resta sottoposto all’azione di B che agisce sempre in direzione z in uno stesso senso direzionale, e subisce, perciò, una forza di Lorentz diretta secondo x, costantemente in uno stesso senso. Il senso di questa forza resta invariato nel semiperiodo successivo di E (intervallo t4-t6), perchè in questo secondo semiperiodo si invertono sia E che B.

In questo CASO 1 lo sfasamento ottimale di B rispetto ad E è quello di quadratura.

CASO 2

Il CASO 2 è rappresentato nella Fig. 3-B, in cui B è spostato in anticipo di un angolo sensibilmente < SJO'tad esempio, 20y rispet to ad E.

Questo caso si prende in considerazione quando, per scarsa resistenza delle molecole della sostanza da trattare all’allineamento dei loro assi elettrici, si ha uno “stiramento totale” in un “intervallo di stiramento” molto breve rispetto al quarto di lunghezza d’onda (intervallo t2-t2’ dell’asse delle ascisse della figura). Una tale situazione si può avere, ad esempio, con i gas a pressioni non molto alte.

Dopo l’inversione di E al tempo t1 , lo stiramento avviene quando il campo elettrico ha già raggiunto una certa intensità, nel brevissimo intervallo t2-t2’. Nell'intervallo t2’-t3 l’asse elettrico della molecola resta parallelo a y, e la molecola non subisce alcuna forza di Lorentz indipendentemente da variazioni, anche di segno, di B.

Complessivamente, nell’Intervallo t2-t4 (corrispondente a un semiperiodo di E) la forza di Lorentz sulla molecola si produce, come nell’Intervallo t2-t4 della Fig. 3-A relativa al CASO 1. Nel semiperiodo successivo di E della Fig. 3-B il senso della forza di Lorentz resta invariato.

In questo CASO 2 lo sfasamento ottimale di B rispetto ad E è quello in cui B si trova ad uno dei suoi massimi istantanei in corrispondenza dell’Intervallo t2-t2’.

SITUAZIONE INTERMEDIA FRA CASO 1 E CASO 2

Si ha quando lo stiramento avviene in un tempo non breve rispetto al semiperioodo di oscillazione.

In tale situazione è necessario regolare lo sfasamento fra E e B in modo che in una semioscillazione dell’asse elettrico della molecola, dagli angoli di stiramento [-a] a [+a], B resti sempre diretto in uno stesso senso.

CALCOLO DELLA FORZA DI LORENTZ

La forza di Lorentz media agente su tutta la molecola in un intero periodo deN’oscillazione può essere calcolata introducendo nella formula

FL= - e-B-v

(scritta in forma scalare e valida solo per vettori E e B fra di loro perpendicolari) la carica [e] di un solo elettrone, e la velocità media [v] dell’elettrone equivalente relativamente al positrone.

Il percorso dell’elettrone equivalente, come componente nella direzione y rispetto al positrone equivalente antagonista in un semiperiodo è uguale a [2δ] nel caso di stiramento totale, e viene posto, nel caso di stiramento parziale, uguale ad un prodotto [26-R], in cui R è una costante adimensionale che verrà chiamata “fattore di stiramento”.

Essendo [26-R] il percorso dell’elettrone equivalente rispetto al positrone equivalente in un semiperiodo, e [46-R] in un intero periodo, la velocità media [v], indicando con [f] la frequenza, si calcola come

v = 46-R / T = 46-R-f

La velocità media [v] verrà, nel seguito, chiamata “velocità dello schematico elettrone equivalente”, o semplicemente, “velocità equivalente”.

L’assorbimento di corrente corrispondente alla potenza teorica di compressione è quasi totalmente a carico del campo elettrico ed ha luogo durante lo stiramento delle molecole. Infatti, lo spostamento dello schematico elettrone equivalente in direzione y causa su tutta una molecola un altro spostamento in direzione x, che è contrastato dalla contropressione agente sul fluido in trattamento passante, ad esempio, attraverso una pompa. Nello spostare la molecola in direzione x l’elettrone trova, quindi, una resistenza, per superare la quale esso compie un lavoro, assorbendo corrente dal campo elettrico.

Un primo fattore critico per il funzionamento del processo è il “tempo di rilassamento” di molecole sottoposte a campi elettrici.

Nella letteratura viene definito come “tempo di rilassamento” il tempo necessario perché una molecola di una sostanza sottoposta a un campo elettrico ritorni, dopo esclusione di tale campo, alla sua orientazione spontanea, che è determinata, nel caso di un liquido, dalle interazioni elettromagnetiche reciproche (dovute a momenti elettrici dipolari, a momenti magnetici dipolari, ecc.) con le molecole circostanti. L’intensità di tali interazioni diminuisce, sempre nel caso dei liquidi, con l’aumento della temperatura, dato che l’agitazione termica delle molecole tende a svincolarle l’una dall’altra. L’effetto delle interazioni anzidette si può considerare inesistente nel caso dei gas.

Se il tempo di rilassamento si avvicina al semiperiodo del campo elettrico applicato, si verifica un caso di risonanza, in corrispondenza del quale si determinano forti effetti di agitazione nelle molecole ed alte dispersioni di energia.

I tempi di rilassamento nella polarizzazione molecolare sono relativamente lunghi, per cui, per la maggior parte delle molecole polari, tale polarizzazione può essere, in pratica, utilizzata solo fino a un massimo di 100 MHz. Nelle polarizzazioni elettronica e atomica i tempi di rilassamento sono molto più brevi, permettendo l’impiego di frequenze più elevate.

Un secondo fattore critico è la relazione di fase fra i campi magnetico ed elettrico.

La posizione dello sfasamento fra i vettori E e B necessaria, con riferimento a quanto detto per i CASI 1 e 2, può essere prevista in alcuni casi approssimativamente, mentre in altri può essere stabilita, in pratica, solo sperimentalmente. In ogni caso è necessario che la regolazione dello sfasamento venga fatta, per ogni Camera di Trattamento, con grande precisione, fra 0°e 90? Uno sfasamento non ottimale può portare a sensibili riduzioni delle spinte ottenibili, o anche al loro azzeramento.

Un terzo fattore critico è rappresentato dalle dimensioni delle Camere di Trattamento.

Le dimensioni di ciascuna Camera di Trattamento secondo y e z non devono superare una piccola frazione della lunghezza d’onda dei vettori E e B pari a pochi gradi deN’oscillazione. Ciò per rendere possibile, in tutti i punti della Camera, l’interazione prevista fra le due sinusoidi degli stessi vettori E e B. Ad esempio, con frequenze di 100 MHz, alle quali corrisponde una lunghezza d’onda di circa 3 m, si possono utilizzare Camere di Trattamento con dimensioni secondo y e z fino a 6 cm, corrispondenti a (7.2)?

Un quarto fattore critico è la contropolarizzazione delle molecole di una sostanza in trattamento.

Questa contropolarizzazione è responsabile del fatto che si abbia, anche per tensioni elevate del campo elettrico, solo stiramento parziale. Nel caso dell’acqua liquida, ad esempio, operando a 100 MHz, per realizzare un “fattore di stiramento” utilizzabile può essere necessario impiegare una tensione del campo elettrico di 100000 V/cm (cosa tecnicamente realizzabile perchè la resistività dell’acqua aumenta di molto alle frequenze elevatissime). Questa contropolarizzazione è meno critica nel caso dei gas, specie se a pressioni non molto elevate.

La polarizzazione elettronica è l’unica scelta per le molecole apolari. Essa richiede però, tensioni elevatissime per il campo elettrico, data la scarsa deformabilità degli atomi. Vantaggi della polarizzazione elettronica sono di essere presente per tutte le specie di molecole monoatomiche o poliatomiche e di avere, come già detto, “tempi di rilassamento” (dell’ordine di 10<"16>s) molto inferiori a quelli della polarizzazione molecolare, la qual cosa permette l'utilizzo di frequenze elevate.

Le onde del campo elettrico possono essere sostituite da onde Hertziane ottenute, ad esempio, da un magnetron. Esse, infatti, causano stiramenti delle molecole, per effetto del loro momento elettrico dipolare, identici a quelli prodotti da onde di tensione elettrica. Occorre che le oscillazioni delle onde Hertziane siano nella direzione del vettore E del campo elettrico che sostituiscono.

Il fatto che tali onde esercitino effetti equivalenti a quelli di onde elettriche non è noto nella Fisica tradizionale, ma è un’idea dell’inventore.

Vengono presentati nel seguito due Progetti Base (PROGETTO BASE A e PROGETTO BASE B) da intendersi come schemi generali di calcolo, rispettivamente per i Gruppi di applicazioni A e B. Tali progetti riguardano il calcolo delle spinte ottenibili su una sostanza entro un propulsore, costituito da un Tubo di Trattamento rettilineo della sezione interna di [2 x 1.5] cm, in cui sono ricavate 15 Camere di Trattamento lunghe ciascuna 4 cm, distanziate di 4 cm l’una dall’altra, con lunghezza del Tubo di circa 130 cm. Nel Progetto Base A la sostanza in trattamento è acqua liquida in cui si vuole determinare la spinta, e nel Progetto Base B è aria secca a 4 Kg/cm<2>eff. per la quale si vuole calcolare il grado di separazione possibile fra azoto e ossigeno.

PROGETTO BASE A

Lo schema dell’apparecchiatura è il seguente. Riferimento alla Fig. 1.

Un Convertitore di Frequenza 2 a due uscite 2a e 2b (Prima e Seconda Linea HF (High Frequency - Alta Frequenza), collegato al proprio ingresso 2c ad una rete a 50 Hz, fornisce a tutta l’apparecchiatura:

- dalla Prima Linea HF 2a, per la generazione dei campi magnetici, una corrente alternata ad onde sinusoidali, alla frequenza di 100 MHz,

- dalla Seconda Linea HF 2b, per la generazione dei campi elettrici, una tensione alternata, isofrequenziale con la corrente della Prima Linea HF 2a e con le stesse caratteristiche per quanto riguarda la forma dell’onda.

La tensione alternata della Prima Linea HF 2a deve essere tale far circolare entro le spire 7 l’intensità prevista per la corrente.

Nella Seconda Linea HF a valle del Convertitore di Frequenza è posto un Trasformatore di Tensione 9, che innalza e regola la tensione per i campi elettrici.

La tensione in uscita da questo trasformatore deve essere tale da assicurare entro il fluido in ciascuna Camera di Trattamento 1 la forza elettromotrice E di 100000 V/cm.

Il Propulsore 4 consiste nei seguenti elementi, o comprende i seguenti elementi: • Un Tubo di Trattamento 14, in materiale non conduttore, internamente vuoto, disposto secondo x, nel quale fluisce l’acqua, da un’entrata 11 ad un’uscita 12. • Almeno una Camera di Trattamento 1, definita come tratto di una certa lunghezza del Tubo di Trattamento 14, detta Camera di Trattamento rappresentando un’unità fisica vera e propria, in quanto potrebbe essere realizzata anche come un contenitore cilindrico separato, aperto alle due estremità e collegato in corrispondenza di queste ad altre Camere di Trattamento con appositi elementi di trasmissione (tubicini);

• Un Avvolgimento formato da due spire 7 poste una al disopra (secondo z) e una al disotto di ciascuna Camera di Trattamento. In tali spire, collegate in serie, circola la corrente elettrica per la generazione del campo magnetico. L’asse di ciascuna spira è disposto secondo z. Ciascuna spira deve avvolgere completamente la sezione yx (2 x 4 cm) della corrispondente Camera di Trattamento. Anche le coppie di spire delle diverse Camere di Trattamento sono collegate in serie.

• Una pluralità di piastre di ferrite 8, formanti il nucleo magnetico di ciascuna spira. Spessore delle piastre 10 mm. Si impiega preferibilmente ferrite ad alto valore di permeabilità relativa μ = 10000.

• Una pluralità di Condensatori di Risonanza 6, ciascuno interposto fra le due coppie di spire di due Camere di Trattamento contigue. Funzione di ciascuno di questi condensatori è quella di fornire una tensione reattiva uguale e di segno opposto (di capacità) rispetto alla tensione induttiva che si determina nella coppia di spire precedente, evitando di far raggiungere alla tensione induttiva all’uscita da tutto il propulsore valori eccessivi.

• Una pluralità di Condensatori di Processo 5, ciascuno costituito da due piastre parallele (armatura) disposte in modo da produrre un campo elettrico diretto secondo y attraverso ciascuna Camera di Trattamento 1. Le due piastre di ciascun Condensatore di Processo sono poste all’esterno del Tubo di Trattamento, alla minima distanza possibile dalle pareti di questo, assicurando comunque l’isolamento dalla ferrite. In generale è possibile anche, per certi fluidi, disporre le due piastre internamente al Tubo di Trattamento, a diretto contatto col fluido. I Condensatori di Processo sono collegati fra di loro in parallelo. La tensione da applicare alle piastre è quella proveniente dal Trasformatore di Tensione 9 attraverso il Regolatori di Fase (punto seguente). • Un Regolatore di Fase Primario 10 posto a valle del Trasformatore di Tensione 9 con la funzione di regolare la relazione di fase fra la forza elettromotrice E del campo elettrico e il vettore B del campo magnetico per l’unica Camera di Trattamento o per il complesso in parallelo delle Camere di Trattamento.

• Una eventuale, nel caso di pluralità di Camere di Trattamento, molteplicità di Regolatori di Fase Secondari 10a, interposti ciascuno fra il Regolatore di Fase Primario 10 e una Camera di Trattamento, detti Regolatori 10a controllando singolarmente per la relativa Camera di Trattamento la relazione di fase fra la forza elettromotrice E del campo elettrico e il vettore B del campo magnetico. Al fine di poter variare con precisione, in ciascuna Camera di Trattamento, la fase del vettore E da 0°a 90f in modo da avere nella stessa Camera la relazione di fase ottimale fra i vettori E e B. si agisce sui Regolatori di Fase 10 e 10a.

Nel caso di frequenze molto elevate la regolazione di fase anzidetta può essere ottenuta con dispositivi semplicissimi, date le brevissime lunghezze d’onda. Ad esempio, alla frequenza considerata in questo Progetto A (100 MHz) il quarto di lunghezza d’onda è di circa 75 cm, ed a tale lunghezza corrisponde la variazione di fase da 0°a 903⁄4he si ha nella corrente lungo un conduttore. Il Regolatore di Fase 10 può essere realizzato come un dispositivo che possa variare, in modo non induttivo, da 0 a 75 cm la lunghezza di un tratto aggiuntivo di conduttore da inserire nel circuito. Ciascun Regolatore 10a può essere realizzato come il Regolarore 10 con un tratto di conduttore aggiuntivo di lunghezza minore di quella del Regolatore 10 stesso. Mentre per i Regolatori 10a può bastare, generalmente, la taratura alla fabbricazione, il Regolatore 10 può essere posizionato all'installazione e in tempi successivi.

Il dimensionamento è stato scelto cercando di far sì che le linee di flusso del vettore B non fuoriescano, per quanto possibile, dal “nucleo” del campo magnetico.

Non è strettamente necessario, invece, che le stesse linee di flusso corrano in modo esattamente parallelo all’asse deN’awolgimento, nè che la loro distribuzione entro la sezione del nucleo del campo magnetico sia uniforme. Infatti, la spinta totale ricevuta dal fluido in una Camera di Trattamento dipende solo dal numero totale di linee di flusso del vettore B “tagliate” dal fluido stesso nel passaggio attraverso la Camera.

Per il calcolo della spinta è necessario, anzitutto, determinare il numero di molecole per cm<3>.

- massa molecolare H20 in unità “u” 18.0153

- unità “u” 1.66054- 10<'27>Kg

- massa della molecola H20 18.0153 -1 .66054-10<'27>= 2.99151 -10<'26>Kg - massa di 1 cm<3>H20 10<'3>Kg

- numero di molecole H20 per cm<3>10<'3>/ 2.99151 -10<'26>= 3.3428-10<22>

Per il caso teorico di “stiramento totale” si ottiene la “velocità equivalente” dello schematico “elettrone equivalente” nel modo seguente:

- braccio equivalente di momento elettrico dipolare = 0.3852 À = 0.3852-10<10>m - frequenza f = 100 MHz = 10<8>s<"1>

- velocità equivalente v =4-6-f = 4-0.3852-10<"1>° -10<8>=1 .541 -10<"2>m/s La corrente passante massima, corrispondente ad un teorico “stiramento totale” delle molecole, attraverso un cm<2>di sezione xz di una Camera di Trattamento si ottiene moltiplicando il numero di elettroni equivalenti per cm<3>di acqua (3.3428-10<22>) per la carica dell’elettrone in Coulomb (1 .60219-10<"19>) e per la velocità equivalente ora calcolata in cm/s (1 .541 ). Si ottengono

3.3428-10<22 ■>1 .60219-10<'19 ■>1 .541 = 8253 A/cm<2>

Con sezione xz della Camera di Trattamento (4 x 1 ,5 = 6 cm<2>) si hanno

8253 - 6 = 49518 A

La corrente passante effettiva, corrispondente all’effettivo “stiramento parziale”, si potrebbe calcolare mediante la costante dielettrica dell’acqua (εη= 79). Non si conosce il comportamento di tale costante alla frequenza di 100 MHz. Nell’Ipotesi che il suo valore resti invariato rispetto a quello relativo alle basse frequenze, la corrente passante effettiva si potrebbe calcolare nel modo seguente.

- Capacità del condensatore di processo (2 piastre di 6 cm2, alla distanza di 2.2 cm (per spessore delle pareti del Tubo di Trattamento di 1 mm)

C = 8.8542-10<'12>- 79 - 6 - 10<4>/ 0.022 = 19.077-10<'12>F

- Frequenza ω = 2u-f = 6.2832-10<8>s<"1>.

- Tensione attraverso il fluido V = 2-10<5>V

- Corrente passante effettiva

I = ω-C-V = 6.2832-10<8 ■>19.077-10<12 ■>2-10<5>= 2397.3 A

Ai due valori di corrente 49518 e 2397.3 A corrisponderebbe un “fattore di stiramento” 2397.3 / 49518 = 0.04841.

La spinta su una Camera di Trattamento, espressa in funzione dell'induzione media B assunta uguale al valore efficace del vettore B stesso, e calcolata in base alla corrente passante effettiva secondo la formula di Lorentz, essendo il tratto di fluido attraversato di 2 cm, è

F = 2397.3<■>B<■>0.02 = 47.946<■>B Newton

L’induzione B può essere calcolata come segue.

- spessore delle pareti del tubo 1 mm

- piastre di ferrite spessore 10 mm, μ = 10000, area 8 cm<2>

- altezza secondo z del propulsore 37 mm

- area di calcolo di una spira 9 cm2.

Per tener conto, secondo un calcolo semplificato, della ferrite, si introduce nelle formule seguenti per ciascuna Camera di Trattamento un valore medio

μ = 10000-20/37 = 5405.

Per 2 spire

- Induttanza L=1.2566-10<6>-5405<■>2<2 ■>9-10<'4>/ 0.037 = 660.84-10<6>H

- Reattanza XL= ω-L = 6.2832-10<8 ■>660.84-10<6>= 415219 Ω

La corrente alle spire viene scelta al valore massimo compatibile con una tensione reattiva nelle spire costruttivamente accettabile e con un valore dell'induzione magnetica nelle ferriti di circa 0.1 T (Tesla, V-s/m<2>), al quale si ritiene che la ferrite scelta possa funzionare alla frequenza molto elevata di 100 MHz e alle temperature ordinarie.

Con I = 0.27 A si ha

- Tensione induttiva VL= XL-I = 415219<■>0.27 = 112109 V

- Induzione B = 1.2566-10<6 ■>5405<■>2<■>0.27 / 0.037 = 0.09912 T - Spinta teorica su tutta la sezione

F = 47.946<■>B = 47.946<■>0.09912 = = 4.752 Newton

- Spinta teorica su 1 cm<2>di sezione yz (2 x 1 .5 = 3 cm<2>), prevalenza teorica.

P = 4.752 / 3 = 1 .584 N /cm<2>

- Spinta effettiva su 1 cm<2>di sezione yz, prevalenza effettiva.

(coefficiente di sicurezza 0.5)

Peff= 1.584<■>0.5 = 0.792 N /cm<2>

Con 15 Camere di Trattamento il propulsore produrrebbe una spinta di

0.792 - 15 = 11 .88 N/cm<2>= 1.211 Kg/cm<2>eff.

Impiegando 4 propulsori del tipo considerato, collegati in serie per quanto riguarda il passaggio del liquido, si può realizzare una pompa per acqua con la prevalenza di [1.211<■>4 = 4.844] Kg/cm<2>eff. I 4 propulsori andrebbero disposti ai vertici di un rettangolo, alla minima distanza possibile gli uni dagli altri, in modo da sfruttare al meglio la distribuzione dei vettori B negli spazi esterni alle Camere di Trattamento. In base alla portata fluente lungo il tubo ed alla prevalenza effettiva si calcola la potenza teorica di compressione. Con questa, conoscendo la tensione applicata ai condensatori di processo e in base al rendimento energetico previsto per il propulsore, si calcola la corrente da inviare a ciascuna Camera di Trattamento. A favore delle spinte ottenibili stanno i due fattori seguenti, che non sono stati considerati, per semplicità, nei calcoli:

- l’aumento del braccio equivalente di momento elettrico dipolare causato dalle polarizzazioni elettronica ed atomica, che si sovrappongono, sulla molecola dell’acqua, a quella molecolare, e che possono agire anche in modo sensibile per l’alta intensità del campo elettrico,

- la conducibilità elettrica dell’acqua, anche quella esistente a PH 7.

Dalle formule impiegate si vede che, per dimensionamento geometrico invariato, sia la tensione induttiva nelle spire, che la spinta totale sul fluido non variano se resta costante il prodotto [μ-l-f] della permeabilità relativa, della corrente e della frequenza.

Come già detto, le due spire al disopra e al disotto di una Camera di Trattamento sono collegate in serie, le coppie di spire di ciascuna Camera di Trattamento sono collegate anch’esse in serie, e fra due coppie successive si interpone un condensatore di risonanza. In alternativa, in certi casi alcune coppie di spire contigue possono essere collegate in parallelo, con un condensatore di risonanza unico all’uscita dal parallelo stesso. Si può anche prevedere un condensatore di risonanza a valle di un complesso di un numero qualsiasi di coppie di spire contigue collegate in serie.

Nel caso di un condensatore di risonanza per una sola coppia di spire la capacità del condensatore risulta

C = 1 / (ω<2>·Ι_) = 1 / [(6.2832-10<8>)<2>· 660.84-10<'6>] = 0.003833-10<'12>F.

Il Condensatore di Risonanza deve essere progettato per resistere ad una tensione di perforazione [VL= 112109 V],

In una Camera di Trattamento isolata il circuito magnetico del vettore B si chiude ad anello nello spazio esterno. Altrettanto si può dire per un singolo propulsore del tipo considerato. Può sembrare, a prima vista, che questo fatto non permetta di calcolare l’induzione nelle Camere di Trattamento come si farebbe nel casi di una bobina avvolta intorno ad un nucleo di ferro toroidale, o di una bobina con molte spire di notevole lunghezza rispetto al diametro. Su questo fatto si possono fare le seguenti considerazioni.

Disponendo, ad esempio, 8 propulsori del tipo considerato, sovrapposti in direzione z l’uno all’altro senza interspazi in modo da avere una Camera di Trattamento di un propulsore allineata secondo z con la Camera del propulsore immediatamente sottostante, e con una sola piastra di ferrite interposta fra due Camere contigue in direzione z, il circuito del vettore B nello spazio è meglio sfruttato. Ancora meglio viene utilizzato se i propulsori vengono disposti secondo le generatrici di un cilindro. In tal caso la pila prima considerata verrebbe chiusa ad anello secondo un cerchio avente asse parallelo a x.

Tuttavia, anche se si ha un solo propulsore, del tipo considerato, va tenuto presente quanto già detto sulla non necessità di avere le linee di B parallele ed uniformemente distribuite entro una Camera di Trattamento. Essendo la dimensione secondo z non eccessiva rispetto alle dimensioni secondo y e x, si può ritenere che poche delle linee di flusso di B che attraversano una piastra di ferrite fuoriescano lateralmente da una camera e si rendano, di conseguenza, inutilizzabili ai fini della produzione della forza di Lorentz. Anche di queste limitate fuoriuscite si tiene conto, comunque, nel coefficiente di sicurezza globale 0.5 considerato per il propulsore.

La sistemazione di più Camere di Trattamento lungo un Tubo di Trattamento, rettilineo o no, come nel propulsore qui considerato, verrà chiamata “distribuzione a Camere di Trattamento allineate”. La disposizione a più Tubi di Trattamento sovrapposti o affiancati sopra descritta, intesa ad ottimizzare la distribuzione dei campi magnetici all’esterno delle Camere di Trattamento, verrà chiamata “disposizione a Tubi di Trattamento affiancati” .

Un problema può essere rappresentato dalla sopportabilità, da parte della ferrite a tempertature ordinarie, di un’induzione B di 100 mT alla frequenza di 100 MHz. Tale sopportabilità va verificata sperimentalmente. Raffreddando le ferriti, in appositi contenitori, alla temperatura dell’elio liquido è possibile far loro sopportare, alla frequenza indicata, anche, ad esempio, 10 T.

Per aumentare la potenza, in apparecchi di grandi dimensioni e preferibilmente stazionari, vari accorgimenti possono essere adottati. I principali possono essere i seguenti.

1A) Aumento, per una data lunghezza d’onda impiegata, delle dimensioni di ciascuna Camera di Trattamento.

2A) Aumento del numero di Camere di Trattamento nei singoli propulsori.

3A) Aumento della corrente alle spire, per ottenere induzioni > 100 mT.

Il conseguente aumento della tensione induttiva alle spire è tecnicamente accettabile fino, ad esempio, a 250000 V.

Per rendere possibile l’aumento dell'induzione oltre i 100 mT può essere necessario inserire le piastre di ferrite entro contenitori per raffreddamento alle temperature dell’elio liquido. Un accorgimento di questo genere è, però, economicamente conveniente solo in apparecchi di notevole potenza e stazionari, come, ad esempio, i generatori delle centrali idroelettriche.

4A) Un ulteriore aumento dell’induzione rispetto al punto 3A) si può rendere possibile inserendo un Condensatore di Risonanza ad ogni spira, anziché ad ogni coppia di spire. Data l’altissima frequenza tali Condensatori di Risonanza risultano di dimensioni molto ridotte.

PROGETTO BASE B

Lo schema dell’apparecchiatura è identico a quello del PROGETTO BASE A. Identici sono anche i valori di frequenza (100 MHz) e tensione del campo elettrico (100000 V/cm). Si fa riferimento alla Fig. 2. La sostanza in trattamento (aria secca a 4 Kg/cm<2>eff) viene immessa in un punto intermedio del propulsore (posizione 13). L’ossigeno e l’azoto separati vengono estratti, rispettivamente, dalle estremità 11 e 12. Si utilizza la polarizzazione elettronica.

Le costanti di polarizzabilità [a’ = a / (4πε0)] sono state rilevate dalla letteratura. La costante d’influenza elettrica ε0ha il valore, in unità SI (Standard International) 8.8542-10<'12>.

α' = α / (4πε0) m<3>1.770-10<30>0.793-10<'30>momento dipolare e-m / (V/m) 1 .229- 10<21>0.551 -10<"21>massa “m” della molecola Kg 4.65- 10<"26>5.31 - 10<26>Applicando il campo elettrico di 100000 V/cm (10<7>V/m) i bracci equivalenti di momento elettrico dipolare δ risultano

δΝ2= 1 .229-10<21 ■>10<7>= 1.229-10<"14>m

δ02= 0.551 -10<'21 ■>10<7>= 0.551 -10<'14>m

Si ritiene di avere uno “stiramento totale” delle molecole, non essendovi influenza di momenti elettrici dipolari nella miscela gassosa e data la sua bassa densità.

Le velocità equivalenti di elettrone “v” si calcolano come

vN2= 4- δΝ2-f = 4 - 1.229-10<"14 ■>10<8>= 4.916-10<'6>m/s

v02 = 4- δ02-f = 4<■>0.55T10<"14 ■>10<8>= 2.204- 10<'6>m/s

Restano invariati, rispetto al Progetto Base A, induttanza L, reattanza X, corrente Ί”, tensione induttiva VLnelle spire, e induzione magnetica B entro ciascuna Camera di Trattamento.

La forza agente su una singola molecola [FN2, F02] si calcola, in base alla formula di Lorentz su un singolo elettrone, come prodotto [e-B-v] in valore assoluto.

FN2= 1.60219-10<19 ■>0.09912<■>4.916-10<6>= 7.807-10<'26>N/molecola

F02= 1 .60219-10<19 ■>0.09912<■>2.204-10<'6>= 3.500-10<'26>N/molecola

La lunghezza totale delle Camere di Trattamento nel tubo è (4<■>15 = 60 cm).

Immaginando di introdurre la miscela gassosa ad un’estremità del Tubo di Trattamento, anziché in una posizione intermedia, e di regolare la portata dell'immissione in modo da realizzare un tempo di permanenza entro il Tubo di 10 s (corrispondente a * 5 s entro le Camere di Trattamento), le velocità “w” di uscita delle molecole N2e 02si calcolano sono (indicando con “a” le corrispondenti accelerazioni)

wN2= aN2<■>5 = FN2/ mN2<■>5 = 7.807-10<"26>/ 4.65-10<"26 ■>5 = 8.395 m/s

w02= a02<■>5 = F02/ m02<■>5 = 3.500-10<'26>/ 5.31 -10<'26 ■>5 = 3.296 m/s

La velocità differenziale è (8.395 - 3.296) = 5.099 m/s

Anche in questo Progetto Base B, come nel Progetto Base A, si applica ai risultati teorici ottenuti un coefficiente di sicurezza 0.5. La velocità differenziale, con questo, diventa (5.099<■>0.5) = 2.549 m/s

Si ritiene che una tale velocità differenziale possa consentire di ottenere alle due estremità del tubo la purezza richiesta, separatamente, per l’ossigeno e l’azoto. Questo nonostante gli urti fra molecole eterologhe, che tendono ad uguagliare le velocità medie di tutte le molecole, considerato che il cammino libero medio delle molecole stesse, alla pressione molto bassa introdotta nei calcoli, è relativamente alto. L’efficienza della separazione, con la velocità differenziale sopra calcolata, deve, ad ogni modo, essere determinata con prove sperimentali, essendone il calcolo teorico di estrema complessità.

Si comprende, dal calcolo effettuato, che le portate, ad esempio di ossigeno al 99.5%, ottenibili dal propulsore non sono elevate.

Tali portate possono, però, venire aumentate con vari accorgimenti, accettabili costruttivamente anche se costosi specialmente per il fatto che riguardano, generalmente, apparecchi stazionari, di grande potenzialità. Con l’impiego in un solo apparecchio comprendente molti propulsori, ciascuno di notevole lunghezza, si possono realizzare, rispetto ai metodi di separazione per distillazione, enormi vantaggi economici come costi di impianto e di esercizio. Si pensi, nel caso considerato della separazione di azoto e ossigeno da aria in fase gassosa, ai vantaggi connessi con l’eliminazione della liquefazione dell’aria, che va fatta, in apparecchiature estremamente costose, fra l’altro, per la necessità di realizzarle in acciai inossidabili.

Tali accorgimenti possono essere i seguenti.

1 B) Come punto 1 A) del Progetto Base A.

2B) Impiego di propulsori della lunghezza di circa 8 m, con 100 Camere di Trattamento ciascuno (anziché 15) e sistemazione in un singolo “armadio orizzontale”, ad esempio di 100 Tubi di Trattamento collegati in parallelo per il flusso dell’aria. Tali Tubi andrebbero disposti come indicato, nel Progetto Base A, per le pompe per liquidi (secondo la “disposizione a Tubi di Trattamento affiancati”), in modo da sfruttare meglio la distribuzione del campo magnetico negli spazi esterni alle Camere di Trattamento.

3B) Come punto 3A) del Progetto Base A.

4B) Come punto 4A) del Progetto Base A.

5B) Aumento della pressione dell’aria, ad esempio a 16 Kg/cm<2>eff.

6B) Raddoppio della frequenza (a 200 MHz), cosa possibile per l’utilizzo della polarizzazione elettronica e per le dimensioni limitate delle Camere di Trattamento. La tensione induttiva nelle spire e le spinte sulle molecole risultano raddoppiate.

VARIANTI COMUNI Al PROGETTI BASE A. B

1AB) Avvolgimenti con spire “in aria” (senza nucleo magnetico al loro interno).

Con tale scelta, nel caso di spinte necessarie notevoli, per avere valori sufficienti di induzione nelle Camere di Trattamento occorre impiegare correnti elevatissime (dell’ordine delle migliaia di A) nelle spire, la qual cosa obbliga, in pratica, a ricorrere a superconduttori.

2AB) Funzionamento con una sola Linea HF.

Nello schema di flusso della Fig. 1 viene soppressa la Seconda Linea HF 2b e la tensione da inviare al Condensatore di Processo 5 di una Camera di Trattamento viene prelevata direttamente da due punti dell’avvolgimento (consistente in 2 spire) della Camera di Trattamento stessa.

3AB) Utilizzazione di onde Hertziane al posto di quelle elettriche.

Come già detto in precedenza a proposito del principio di funzionamento del processo, le onde del campo elettrico possono essere sostituite da onde Hertziane ottenute, ad esempio, da un magnetron. Tali onde devono produrre oscillazioni nella direzione del vettore E del campo elettrico che sostituiscono.

Ciò è realizzabile sostituendo la piastra di ingresso 5 ad una Camera di Trattamento della Fig. 1 con un “lanciatore” 15 della Fig. 4. Tale lanciatore è del tipo di quelli impiegati nei forni a microonde. Il lanciatore va orientato in modo da lanciare le onde verso il lato opposto della Camera di Trattamento (in direzione y). Preferibilmente, si pongono una “guida d’onda” 16 fra il lanciatore e la Camera di Trattamento, e un’altra guida d’onda 17 a valle del lato opposto della Camera per guidare le onde che non vengono assorbite dalla sostanza trattata.

SPECIFICHE COMUNI Al PROGETTI BASE A. B

Gli schemi dei Progetti Base A e B devono servire come traccia per la progettazione

- di tutte le altre applicazioni incluse nella presente Descrizione,

- per tutti gli altri tipi di polarizzazione,

- per qualsiasi forma delle onde (sinusoidali, rettangolari, di forma intermedia fra la rettangolare e la sinusoidale, pulsanti),

- per qualsiasi forma del Tubo di Trattamento (rettilineo, circolare, elicoidale, ecc.),

- per qualsiasi disposizione delle Camere di Trattamento in un Tubo di Trattamento,

- per qualsiasi dimensionamento delle Camere di Trattamento,

- per qualsiasi sistemazione di più Tubi di Trattamento in un’apparecchiatura, - per qualsiasi scelta dei valori delle grandezze elettriche (in particolare per campo di scelta delle frequenze da 10 Hz a 100 GHz, e delle tensioni da 10 V a 1 MV),

- per tutte le Varianti comuni ai Progetti Base A, B sopra descritte (con particolare riguardo all’impiego di onde Hertziane),

- per impiego di superconduttori e di nuclei di ferrite mantenuti alle tempetrature dell’elio o azoto liquidi.

GRUPPO DI APPLICAZIONI A (come motore / generatore)

Il presente trovato trova una prima applicazione come motore in una pompa per liquidi.

I vantaggi presentati da questa tecnologia rispetto ai gruppi tradizionali [motore elettrico - pompa centrifuga] risultano notevoli per i fatti seguenti:

• impiego solo di elementi meccanicamente statici, con eliminazione di vibrazioni, di rumorosità e di tutti gli altri problemi relativi alla presenza di parti mobili, • grandi risparmi in sede costruttiva considerando che l’apparecchiatura risulta compatta e che viene eliminata la parte girante centrifuga,

• rendimenti superiori, in quanto quelli delle pompe centrifughe sono bassi e scendono rapidamente alle portate ridotte,

• notevoli risparmi nei costi di manutenzione, per l’assenza di contatti di strisciamento o di rotolamento e di superfici di tenuta,

• grandi risparmi costruttivi nel caso di liquidi fortemente corrosivi o pericolosi (come, ad esempio, quelli utilizzati nelle centrali nucleari).

Nonostante sia richiesto l’impiego di frequenze elevate con relativi Convertitori di Frequenza (inverter o magnetron) e siano prevedibili, in certi casi, maggiori ingombri, i vantaggi possono essere superiori alle possibili criticità.

Le considerazioni fatte sulle pompe per liquidi valgono, in generale, anche per i compressori per gas.

In accordo con il presente trovato, si possono inoltre costruire propulsori per sostanze solide in pezzi, o in polvere, o in sospensione in liquidi, come, ad esempio, frumento in chicchi, latte in polvere, polvere di carbone sospesa in acqua, ecc..

Il presente trovato ha applicazione anche come generatore di elettricità alimentato da liquidi· per il quale valgono, in generale, le stesse considerazioni fatte per il pompaggio di liquidi.

Nel caso di generatori di grande potenzialità, come quelli delle centrali idroelettriche si può fare il seguente confronto con i generatori convenzionali (alternatori). Per gli alternatori sono stati proposti l’impiego di superconduttori e il raffreddamento di nuclei magnetici alle temperature dell’azoto o dell’elio liquidi. Tali accorgimenti presenterebbero molti problemi, per la presenza delle forti vibrazioni meccaniche. Gli stessi accorgimenti in generatori a momento elettrico dipolare, come considerato nel Progetto Base A, non presenterebbero tali problemi, dato che verrebbero applicati ad apparecchiature meccanicamente statiche.

Il presente trovato ha applicazione anche come generatore di elettricità alimentato da gas, per il quale valgono le stesse considerazioni fatte per la compressione di gas.

II presente trovato ha anche applicazione come indicatore di portata per fluidi. Un apparecchio di misura di portata di fluidi con la tecnologia a momento elettrico dipolare si costruisce come un generatore di elettricità.

Rispetto ai metodi tradizionali di misura un tale indicatore ha il vantaggio di non introdurre nelle tubazioni sensibili perdite di pressione e di misurare direttamente la massa del fluido (anziché il suo volume). Esso richiede un Convertitore di Frequenza, che può essere, comunque, condiviso fra diversi indicatori ed, eventualmente, con pompe o compressori.

GRUPPO DI APPLICAZIONI B (come separatore)

Il presente trovato trova utilizzo anche come separatore di componenti chimici da una miscela.

La separazione di componenti chimici con la tecnologia a momento elettrico dipolare presenta alcuni problemi molto complessi, che la differenziano dalle altre applicazioni della stessa tecnologia.

Nell’utilizzo come motore / generatore (anche se la sostanza in trattamento è una miscela di due o più componenti) si tratta di un processo di propulsione totale, in cui la spinta sulle molecole viene utilizzata totalmente, mentre nella separazione di due componenti il processo è di propulsione differenziale, in quanto è utilizzabile solo la spinta differenziale calcolabile separatamente sulle molecole dei due componenti stessi.

Le separazioni di liquidi miscibili e di gas awengono spontaneamente anche in natura nel campo della gravità, quando i pesi specifici di due componenti differiscono. Esempi possono essere per i liquidi miscibili la stratificazione dell’acqua pesante nelle profondità oceaniche (nelle quali la percentuale di D20 è superiore anche del 30% a quella che esiste in superficie), e per i gas la stratificazione dell’anidride carbonica nei terreni adiacenti alle perforazioni degli impianti geotermici.

La separazione di componenti in fase gas è relativamente semplice, in quanto in essi si posono considerare assenti le interazioni che si esercitano fra le molecole dei liquidi.

Nelle separazioni in fase gas che avvengono spontaneamente in natura, come quella menzionata C02-aria, il fattore determinante è la spinta volumetrica differenziale fra i due componenti puri (spinta di Archimede). La separazione stessa richiede assoluta assenza di turbolenze nella miscela, ed avviene in genere con grande lentezza, dato che la gravità impone a molecole di diversa specie accelerazioni uguali.

Nella separazione in fase gassosa con la presente tecnologia a momento elettrico dipolare, invece, a molecole diverse vengono impartite accelerazioni diverse. Differenti risultano anche le velocità impartite a due molecole eterologhe dopo un certo tempo di permanenza entro le Camere di Trattamento. Si comprende da ciò come la cinetica della separazione con la tecnologia a momento elettrico dipolare debba essere sostanzialmente diversa dalla stratificazione di due gas nel campo della gravità. La velocità differenziale all’uscita di un Tubo di Trattamento calcolabile teoricamente in base alle spinte impartite alle molecole dei due componenti viene ridotta dagli urti fra le molecole stesse. Se, però, il cammino libero medio delle molecole è relativamente notevole, cosa che avviene generalmente alle basse pressioni, si può ritenere che una parte dell’anzidetta velocità differenziale teoricamente calcolata resti disponibile, all’uscita dal Tubo di Trattamento, come velocità “macroscopica” di separazione dei due componenti. Un esempio di separazione in fase gas è quello riportato nel Progetto Base B (separazione di azoto e ossigeno dall’aria in fase gassosa).

Altri casi molto promettenti possono essere i seguenti.

Separazione dei gas H2e CO, prodotti in miscela in numerosi processi dell’industria chimica. La separazione sarebbe agevole utilizzando la polarizzazione molecolare, dato che la molecola CO ha un momento elettrico dipolare intrinseco, mentre l’altra molecola H2non ne ha. Ciò permetterebbe, fra l’altro, di utilizzare tensioni nel campo elettrico molto minori, non essendo necessario produrre nella miscela da trattare una polarizzazione elettronica.

- Separazione di miscele [acqua - alcool etilico] in fase gas, da preferirsi qualora la separazione in fase liquida risultasse troppo difficoltosa. Entrambe le separazioni portano direttamente ad alcool anidro.

La separazione di componenti in fase liquida (per liquidi miscibili) con la presente tecnologia a momento elettrico dipolare avviene in base alla spinta volumetrica differenziale (spinta di Archimede) fra le spinte calcolabili separatamente sui due componenti puri. Tali spinte si possono calcolare con il metodo del Progetto Base A.

La spinta volumetrica differenziale teoricamente calcolata viene contrastata dalle interazioni fra le molecole del liquido. Queste interazioni non hanno effetto nella propulsione totale, mentre nella propulsione differenziale riducono l’accelerazione differenziale impartita a due molecole eterologhe, in certi casi rendendo molto difficile la loro separazione, o addirittura impedendola.

Casi di interazioni particolarmente forti possono essere quelle delle separazioni [acqua - alcool etilico] e [acqua - acido solforico].

Nel confronto col metodo tradizionale per distillazione, l’equivalente di un piatto di distillazione è un tratto di una Camera di Trattamento entro il Tubo di Trattamento in cui viene introdotta la miscela dei componenti da separare. L’interno del Tubo è vuoto, e ciò comporta enormi semplificazione e riduzione di costi di costruzione rispetto al sistema a colonne di distillazione.

I risparmi nei costi di costruzione e di esercizio sono, nel nuovo sistema, particolarmente grandi nel caso di miscele di partenza gassose (come azoto e ossigeno neN’aria), in quanto si evita il processo, molto oneroso, della loro preliminare liquefazione. Anche per miscele di partenza liquide i risparmi nei costi di esercizio sono, nel nuovo sistema rispetto a quello della distillazione, molto elevati, soprattutto per il fatto che si evita la vaporizzazione di liquidi in quantità che possono essere un multiplo anche elevato di quella del liquido di alimentazione. Oltre ai risparmi costruttivi, di esercizio e di manutenzione si può considerare anche il vantaggio di avere strutture più compatte e sistemate orizzontalmente, anziché verticalmente. Infatti, in una colonna di distillazione i piatti sono impilati verticalmente e, quando la colonna risulta molto alta (ad esempio, oltre i 60 metri), essa viene suddivisa in due o più parti collegate in serie.

Casi molto promettenti di separazioni di componenti in fase liquida possono essere i seguenti.

• Separazione di miscele propano-propilene, per l’ottenimento di propilene monomero destinato alla produzione, in quantità industriali enormi, di materie plastiche. La distillazione è particolarmente onerosa per la vicinanza dei punti di ebollizione dei due componenti.

• Separazione di miscele [acqua - alcool etilico] per la produzione diretta di alcool anidro (anche per carburanti),

• Separazione di miscele [acqua - alcool etilico] per la concentrazione di bevande alcooliche, nella quale si avrebbe il vantaggio, rispetto alla distillazione, rappresentato dal fatto che le sostanze aromatiche presenti nelle cariche passerebbero tutte nella fase alcoolica, anziché restare in parte nella fase acquosa delle colonne di distillazione, e senza venire danneggiate in alcun modo per riscaldamento.

Un’altra applicazione è la separazione di elettroliti da liquidi, come è il caso, ad esempio, della dissalazione dell’acqua di mare.

Si utilizza la polarizzazione interfacciale (o ionica). Introducendo in un Tubo di Trattamento, in un punto intermedio, acqua di mare, si ottengono da un’estremità del Tubo una soluzione concentrata di sale, e dall’altra acqua dissalata.

Questo tipo di separazione avrebbe il vantaggio rappresentato da bracci di momento elettrico dipolare molto maggiori di quelli utilizzabili nelle polarizzazioni non ioniche. Infatti le migrazioni degli ioni dovute ad una inversione del campo elettrico sono di un ordine di grandezza superiore a quello degli spostamenti considerati per lo schematico elettrone equivalente negli altri tipi di polarizzazione. II propulsore trova applicazione anche per la purificazione di sostanze chimiche allo scopo di eliminare, fino ad alto grado, impurità da sostanze per le quali occorre raggiungere una estrema purezza, come reagenti per analisi.

Un’altra applicazione industriale è quella della separazione degli isotopi di atomi, in particolare la separazione degli isotopi dell’idrogeno e dell’uranio.

La separazione degli isotopi di idrogeno verrebbe fatta su idrogeno allo stato combinato, come acqua (miscela di H20, D20 e T20) in fase liquida.

Per una separazione H20-D20 occorre un Tubo di Trattamento molto lungo (eventualmente realizzato con più Tubi collegati in serie), ma i costi di costruzione sono di molto inferiori a quelli dei corrispondenti impianti tradizionali (per distillazione o per elettrolisi), e minimi sono i consumi energetici.

La separazione degli isotopi di uranio può essere eseguita su uranio sotto forma di esafluoruro in fase gassosa. La separazione va fatta come nel Processo Base B, con le seguenti particolarità.

Nel Tubo di Trattamento, molto lungo, come nel caso degli isotopi di idrogeno, si introduce, in un punto intermedio, l’esafluoruro di uranio grezzo gassoso alla pressione, as esempio, di 10 Kg/cm<2>eff. Riempito il tubo, se ne chiudono tutte le aperture e si lascia il gas all’interno in assoluta quiete per un tempo, ad esempio, di 10’. Quindi si aprone le due estremità del tubo ricavandone, da una esafluoruro di U235arricchito al 99%. In alternativa, il processo può essere reso continuo, estraendo introducendo la miscela di alimentazione ed estraendo i due componenti a velocità estremamente basse.

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

Nei motori elettrici, a corrente continua o alternata, si sfrutta la forza di Lorentz applicata al moto di elettroni (di conduzione) che si spostano fra atomi di un conduttore. In questo caso un moto inter-atomico di elettroni permette la produzione di una forza di Lorentz.

Nella tecnologia a momento elettrico dipolare del presente brevetto si sfrutta, per la produzione di un’analoga forza di Lorentz, un moto intra-atomico di elettroni.

Infatti, le forze di Lorentz sulle molecole della sostanza in trattamento vengono prodotte sottoponendo le molecole stesse ad una combinazione di un campo magnetico e di uno elettrico alternati ed isofrequenziali. La velocità necessaria per la produzione della forza di Lorentz su una molecola è ottenuta facendo spostare, ad ogni inversione del campo elettrico, le cariche elettriche positive e negative della molecola stessa sfruttando il suo momento elettrico dipolare. Il moto di queste cariche elettriche può essere visto come un moto intra-atomico di elettroni.

In alternativa, la combinazione campo magnetico/campo elettrico può essere sostituita da un’altra [campo magnetico - onde Hertziane].

Nel trattamento di una miscela di componenti chimico-fisici le spinte sulle molecole risultano diverse per le differenti proprietà fisiche delle molecole stesse, la qual cosa permette di separare i componenti.

Lo spirito della presente invenzione è quello di estendere l’applicazione della forza di Lorentz dal moto inter-atomico di elettroni a quello intra-atomico, ampliando e notevolmente migliorando, nella realizzazione di motori/generatori, quella rivoluzione dell’industria meccanica che si è avuta nella seconda metà del 19° secolo, in seguito alla scoperta di Lorentz, con la comparsa dei motori elettrici e aprendo per l’industria chimica, nei riguardi della separazione di componenti chimico-fisici, un campo completamente nuovo ed estremamente remunerativo nella sostituzione dei processi di frazionamento attualmente impiegati.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di accelerazione di molecole elettricamente neutre di una sostanza (fluida o solida), caratterizzato dal fatto che prevede di esercitare una forza di Lorentz sulle molecole stesse utilizzando il loro momento elettrico dipolare, preesistente o indotto da un campo elettromagnetico esterno, sottoponendo la sostanza in una Camera di Trattamento (1) definita in un tubo di trattamento (14) all’azione di un campo magnetico alternato con vettore “induzione magnetica” B perpendicolare alla direzione della spinta da ottenere e, simultaneamente, ad un campo elettrico alternato isofrequenziale con vettore “forza elettromotrice” E perpendicolare sia a B che alla direzione della spinta; la velocità di cariche elettriche necessaria per la produzione della forza di Lorentz essendo quella che acquistano le cariche elettriche positive (nuclei atomici) e negative (elettroni) degli atomi costituenti una molecola ad ogni inversione del campo elettrico.
2. 2. Metodo di accelerazione di molecole elettricamente neutre di una sostanza (fluida o solida), caratterizzato dal fatto che prevede di esercitare una forza di Lorentz sulle molecole stesse utilizzando il loro momento elettrico dipolare, preesistente o indotto da un campo elettromagnetico esterno, sottoponendo la sostanza in una Camera di Trattamento (1) definita in un tubo di trattamento (14) all’azione di un campo magnetico alternato con vettore “induzione magnetica” B perpendicolare alla direzione della spinta da ottenere e, simultaneamente, ad un campo ad onde Hertziane isofrequenziali, disposto in modo da inviare onde Hertziane longitudinali in direzione perpendicolare sia a B che alla direzione della spinta; la velocità di cariche elettriche necessaria per la produzione della forza di Lorentz essendo quella che acquistano le cariche elettriche positive (nuclei atomici) e negative (elettroni) degli atomi costituenti una molecola ad ogni inversione delle polarità delle onde Hertziane stesse.
3. 3. Dispositivo elettromagnetico per accelerare molecole elettricamente neutre di una sostanza (fluida o solida), caratterizzato dal fatto che comprende: - almeno un propulsore (4), consistente in un Tubo di Trattamento (14) disposto secondo x, nel quale fluisce la sostanza da trattare da un’entrata (11) ad un’uscita (12); detto Tubo di Trattamento (14) essendo in materiale non conduttore e ad asse rettilineo, o di forma qualsiasi (circolare, elicoidale, ecc.); - circuiti elettromagnetici meccanicamente statici che circondano ciascun Tubo di Trattamento esercitando sulla sostanza da trattare azioni elettromagnetiche che la spingono assialmente utilizzando il momento elettrico dipolare delle molecole. - un convertitore di frequenza (2) collegato in ingresso (2c) ad una alimentazione di corrente ed avente una prima uscita (2a) per la produzione di campi magnetici generante corrente alternata ad onde sinusoidali o di altra forma, detto convertitore di frequenza (2) avendo eventualmente una seconda uscita (2b) generante una tensione alternata, isofrequenziale con la corrente della prima uscita e con le stesse caratteristiche per quanto riguarda la forma dell’onda; - un Trasformatore di Tensione (9) a valle della eventuale seconda uscita (2b) del convertitore (2).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui ciascun propulsore (4) comprende: - almeno una Camera di Trattamento (1), rappresentando un’unità fisica vera e propria, definita come tratto di una certa lunghezza del Tubo di Trattamento (14), - un avvolgimento formato da due spire (7) poste una al disopra (secondo z) e ua al disotto di ciascuna Camera di Trattamento, potendo una delle due spire mancare, dette spire ricevendo la corrente proveniente dalla prima uscita (2a) del convertitore di frequenza (2) e provvedendo a generare il campo magnetico attraverso la relativa Camera di Trattamento; - eventualmente una pluralità di piastre di ferrite (8), formanti il nucleo magnetico di ciascuna spira (7); - almeno un Condensatore di Risonanza (6), disposto a valle di una o più spire (7), - un Condensatore di Processo (5) per ciascuna Camera di Trattamento (1), costituito da due piastre parallele (armatura) disposte in modo da produrre un campo elettrico diretto secondo y attraverso la Camera di Trattamento stessa, essendo tali Condensatori di Processo (5) collegati fra di loro in parallelo; - un Regolatore di Fase Primario (10) posto a valle del Trasformatore di Tensione (9) con la funzione di regolare la relazione di fase fra la forza elettromotrice E del campo elettrico e il vettore B del campo magnetico per l’unica Camera di Trattamento o per il complesso in parallelo delle Camere di Trattamento; - una eventuale, nel caso di pluralità di Camere di Trattamento, molteplicità di Regolatori di Fase Secondari (10a), interposti ciascuno fra il Regolatore di Fase Primario (10) e una Camera di Trattamento, detti Regolatori di Fase Secondari (10a) controllando singolarmente per la relativa Camera di Trattamento la relazione di fase fra la forza elettromotrice E del campo elettrico e il vettore B del campo magnetico.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui ciascun propulsore (4) comprende: - almeno una Camera di Trattamento (1), definita come tratto di una certa lunghezza del Tubo di Trattamento (14); - un avvolgimento formato da due spire (7) poste una al disopra (secondo z) e una al disotto di ciascuna Camera di Trattamento, potendo una delle due spire mancare, dette spire ricevendo la corrente proveniente dalla prima uscita (2a) del convertitore (2) e provvedendo a generare il campo magnetico attraverso la relativa Camera di Trattamento; - eventualmente una pluralità di piastre di ferrite (8), formanti il nucleo magnetico di ciascuna spira (7); - almeno un Condensatore di Risonanza (6) disposto a valle di una o più spire (7); - “lanciatori” di onde Hertziane (15) del tipo di quelli impiegati nei forni a microonde, disposti ciascuno in modo da lanciare onde Hertziane attraverso ciascuna Camera di Trattamento (1), essendo detti lanciatori collegati fra di loro in parallelo; - due “guide l’onda” per Camera di Trattamento , interposte una (16) fra il lanciatore (15) e la Camera di Trattamento (1), e l’altra (17) a valle della stessa Camera di T rattamento; - un Regolatore di Fase Primario (10) posto a valle del Trasformatore di Tensione (9) con la funzione di regolare la relazione di fase fra la forza elettromotrice E del campo elettrico e il vettore B del campo magnetico per l’unica Camera di Trattamento o per il complesso in parallelo delle Camere di Trattamento; - una eventuale, nel caso di pluralità di Camere di Trattamento, molteplicità di Regolatori di Fase Secondari (10a), interposti ciascuno fra il Regolatore di Fase Primario (10) e una Camera di Trattamento, detti Regolatori (10a) controllando singolarmente per la relativa Camera di Trattamento la relazione di fase fra la forza elettromotrice E del campo elettrico e il vettore B del campo magnetico.
6. 6. Dispositivo secondo le rivendicazione 3, 4, in cui sono presenti una pluralità di Camere di Trattamento (1) disposte allineate lungo un Tubo di Trattamento (14) o una pluralità di Tubi di Trattamento (14) disposti affiancati o sovrapposti.
7. 7. Motore per la propulsione lineare o compressione di fluidi (liquidi e gas) o di solidi (in pezzi, in polvere o in sospensione in liquidi), caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
8. 8. Generatore di elettricità alimentato da fluidi sotto pressione, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
9. 9. Indicatore di portata per fluidi, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
10. 10. Separatore di componenti chimici in fase liquida o gassosa, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
11. 11. Separatore di isotopi di atomi in fase liquida o gassosa, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.