PT1773479E - Dispositivo de dosagem para introduzir um aditivo numa corrente de líquido - Google Patents

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Description

DESCRIÇÃO
DISPOSITIVO DE DOSAGEM PARA INTRODUZIR UM ADITIVO NUMA CORRENTE DE LÍQUIDO A invenção refere-se a um dispositivo de dosagem para introduzir um aditivo numa corrente de líquido principal circulando numa conduta, dispositivo que compreende uma bomba de êmbolo diferencial com movimento alternado para retirada do aditivo de um recipiente e o dosear, incluindo a referida bomba uma primeira entrada para receber um débito de líquido principal que assegure a movimentação da bomba, uma segunda entrada para retirar o aditivo e uma saída para mistura do aditivo com o líquido principal. 0 documento EP 0 255 791 refere-se a um dispositivo de dosagem do género definido acima, no qual uma regulação da dose aspirada e depois injectada está prevista pelo deslocamento de uma camisa ao longo de um tubo para regular o comprimento do curso de aspiração do êmbolo. Embora esta possibilidade de regulação seja interessante, não permite obter de uma forma satisfatória dosagens muito pequenas, por exemplo, da ordem de partes por milhão (ppm). 0 documento FR 74 0 179 refere-se a um ejector de Venturi de acordo com o qual se aspira no estrangulamento do Venturi um fluido que se mistura com o fluido motor que se distende na convergência. O fluido motor pode ser um líquido, nomeadamente água, enquanto que o fluido aspirado pode ser o ar no caso de um ejector de vácuo com jacto de água. A dosagem do fluido aspirado na mistura de fluido motor/fluido aspirado não é tomada em consideração. São conhecidas, por exemplo, a partir de EP 1 151 196 ouUS 6 684 753 bombas de dosagem de êmbolo diferencial que 1 funcionam com uma tecnologia de motor de êmbolo com movimento alternado. O liquido motor, de uma maneira geral água, passa através da bomba e arrasta o êmbolo. O movimento alternado do êmbolo permite fazer funcionar uma segunda bomba de movimento alternado, integrada na primeira, para retirar o aditivo a dosear e injectá-lo no líquido motor ou líquido principal.
Este tipo de bomba de dosagem apresenta numerosas vantagens: a relação de dosagem em volume não varia com o débito ou com a pressão do líquido motor; a bomba de dosagem apresenta uma grande margem de débito no funcionamento, estando a limitação superior ligada à frequência máxima permitida; a dosagem mantém-se constante mesmo com as variações de débito; o funcionamento é pouco sensível à pressão do líquido motor; uma regulação da dosagem é possível.
Todavia, os valores superiores dos débitos que uma bomba pode tratar são relativamente limitados, uma vez que a cilindrada da bomba e as suas dimensões aumentam com o débito máximo a tratar. Grandes débitos necessitam de grandes bombas cujas dimensões são necessariamente limitadas por considerações de ocupação máxima de espaço e de preço.
Por outro lado, a margem das dosagens fica limitada, nomeadamente pela obtenção de dosagens muito pequenas, por exemplo, da ordem de partes por milhão (ppm). Os volumes de 2 aditivo a injectar em cada ciclo da bomba tornam-se então muito pequenos e não podem ser obtidos por um sistema mecânico simples. O documento WO 02/02938 propõe um dispositivo que permite pequenas dosagens. Todavia, este dispositivo utiliza meios eléctricos de comando periódico e electrovãlvulas, o que complica a instalação e aumenta o preço do custo. A invenção tem por fim, sobretudo, fornecer um dispositivo de dosagem, que permite de uma maneira simples e económica, tratar débitos elevados de líquido principal com bombas de dimensões reduzidas e aumentar a margem das dosagens permitida, nomeadamente no caso das pequenas dosagens.
De acordo com a invenção, um dispositivo de dosagem para introduzir um aditivo numa corrente de líquido principal circulando numa conduta, compreendendo este dispositivo uma bomba de êmbolo diferencial de movimento alternado para retirada do aditivo do recipiente e doseá-lo, compreendendo esta bomba uma primeira entrada para receber um débito de líquido principal que assegure a movimentação da bomba, uma segunda entrada para retirada do aditivo e uma saída para a mistura do aditivo e do líquido principal, é caracterizada por compreender um Venturi colocado na conduta e por a bomba estar ligada em paralelo com o Venturi, estando a primeira entrada da bomba ligada à entrada do Venturi, enquanto que a saída da bomba está ligada ao estrangulamento do Venturi.
Assim, apenas uma fracção do débito do líquido principal atravessa a bomba que pode conservar dimensões reduzidas para assegurar uma dosagem num débito derivado 3 reduzido que é em seguida misturado com a corrente principal.
Com vantagem, a geometria do Venturi ê ajustada a perda de carga da bomba -entre a primeira entrada e a salda, para permitir obter uma dosagem sensivelmente constante apesar das variações de débito e independente da pressão de entrada. A geometria do Venturi pode ser ajustada para estabelecer durante o funcionamento uma diferença de pressão de cerca de 1,5 bar e inferior a 2 bars entre a pressão da entrada e a pressão no estrangulamento. Além disso, a geometria do Venturi pode ser ajustada para que a perda de carga criada pelo Venturi seja inferior a 0,5 bar.
Uma perda de carga suplementar pode ser criada no circuito derivado da bomba, em particular, por um injector, nomeadamente regulável, de um modo preferido, colocado à saída da bomba. 0 Venturi pode ser regulado para que a relação do débito que atravessa o Venturi Qe relativamente ao débito derivado Qd que atravessa a bomba seja igual a R, de maneira que com uma bomba que permita tratar um débito Qd segundo uma dosagem x%, o dispositivo permita tratar um débito Qe = Qd.R, de acordo com uma dosagem vizinha de x/R%. 0 Venturi pode ser regulado para que a relação R seja, pelo menos, igual a dez ou vizinha de dez. Débitos importantes podem portanto ser tratados por bombas de dimensões reduzidas.
Para pequenas dosagens, a relação R pode ser superior a cem. A bomba pode estar prevista para permitir uma relação de volume, entre o débito de aditivo injectado e o débito de líquido motor que atravessa a bomba, inferior ou igual a 4 um milésimo (1/1000), enquanto que a diluição de volume da mistura que sai da bomba no débito principal que atravessa o Venturi é inferior a um por cento (1%), de maneira que a dosagem de volume no débito principal é inferior ou igual a 10'5 ou 10 ppm (10 partes por milhão) .
Com vantagem, o Venturi e a bomba formam um conjunto e estão previstos meios de ligação ã entrada e à saída do Venturi para a sua inserção e a sua ligação a dois troços da conduta. A invenção consiste, postas de parte as disposições expostas anteriormente, num certo número de outras disposições de que será questão mais especificamente a seguir a propósito de uma forma de realização descrita com referência aos desenhos anexos, mas que não é de nenhuma forma limitativa. Nestes desenhos: a Fig.l é um esquema em parte do exterior, em parte em corte, de uma instalação com um dispositivo de dosagem de acordo com a invenção; a Fig.2 é uma vista esquemática simplificada com parte retirada da bomba do dispositivo; e a Fig.3 mostra em corte numa escala superior um pormenor de uma variante.
Referindo-nos à Fig.l, podemos ver um dispositivo D de dosagem para introduzir um aditivo A líquido numa corrente de líquido L principal, água no exemplo considerado. O aditivo A líquido está contido num recipiente 1. O dispositivo D compreende uma bomba 2 de dosagem disposta com o seu eixo na vertical. A bomba 2 é de um tipo conhecido, nomeadamente fabricado e comercializado pela sociedade requerente DOSATRON INTERNATIONAL. Um exemplo 5 destas bombas vem descrito em EP 1 151 196 ou em US 6 684 753. Como ilustrado esquematicamente na Fig.2, de uma maneira geral, a bomba 2 tem um êmbolo 3 diferencial de movimento alternado que arrasta um êmbolo 4, de menor diâmetro, que assegura a bombagem e a injecção do aditivo A. O êmbolo 4 desliza numa câmara cilíndrica e uma bomba 5 auxiliar ligada por um tubo 6 de retirada do recipiente 1. 0 tubo 6 mergulha no aditivo A a retirar. A bomba 2 compreende uma primeira entrada 7 para receber um débito de líquido principal, geralmente água, que assegura a movimentação do êmbolo 3 diferencial. A bomba 2 inclui uma segunda entrada 8 situada na parte baixa do corpo 5 auxiliar para a retirada do aditivo A e uma saída 9 para a mistura do aditivo A com o líquido L principal.
Meios clássicos de válvulas automáticas ou análogas estão previstos para comandar os movimentos alternados do êmbolo 3. Estes meios conhecidos não estão representados nem descritos. O dispositivo D compreende um Venturi 10, que inclui uma secção 11 de entrada e um estrangulamento 12 de secção reduzida e uma secção 13 de saída. A bomba 2 está montada em paralelo com o Venturi 10, estando a primeira entrada 7 da bomba ligada por uma canalização 14 à entrada 11 do Venturi, enquanto que a saída 9 da bomba está ligada por uma canalização 15 ao estrangulamento 12 do Venturi.
As secções transversais das diferentes partes do Venturi são, de um modo preferido, circulares, mas poderiam ter uma forma diferente, por exemplo, rectangular. 6
Devemos recordar que um Venturi permite baixar a pressão de um escoamento de fluido no estrangulamento, nomeadamente para a tornar inferior à pressão atmosférica. O escoamento de um líquido numa canalização não tendo em conta a variação de altitμde . é regulada péla equação de Bernoulli: P +pVz/2 = constante
Em que: P = pressão estática do líquido, V = velocidade do líquido e p = massa em volume do líquido A diferença de pressão (Pe-Pc) entre a entrada e o estrangulamento do Venturi está ligada à geometria (variação de secção) e ao débito Qe de líquido. Designando por Se a secção transversal da entrada 11 e por Sc a secção transversal do estrangulamento 12 do Venturi, obtém-se;
Velocidade de entrada: Ve = Qe/Se
Velocidade no estrangulamento: Vc = Qe/Sc em que
Pc-Pe = -l/2p.Qe2. (1/Sc2-1/Se2) .
Uma variação da pressão de entrada altera o domínio de funcionamento do Venturi cuja margem se reduz quando a pressão de entrada aumenta.
Com vantagem, a diferença de pressão entre a entrada 11 e o estrangulamento 12 do Venturi ê ajustada à perda de carga entre a entrada 7 e a saída 9 própria da bomba em funcionamento normal. título de exemplo não limitativo, 7 esta perda de carga pode ser da ordem de 1,5 bar e mantém-se inferior a 2 bars. A geometria do Venturi está prevista para criar uma perda de carga reduzida, inferior a 0,5 bar, entre a entrada e a saída do Venturi. O Venturi 10 e a bomba 2 podem constituir um conjunto, e estão previstos meios Re e Rs de ligação à entrada e à saída do Venturi para a sua inserção e a sua ligação a dois troços Te, Ts da conduta. 0 funcionamento do dispositivo resulta imediatamente das explicações anteriores. O débito derivado que passa pela conduta 14 e na bomba 2 permite o funcionamento da bomba de dosagem entre a porção de entrada Pe do Venturi 10 e a pressão Pc no estrangulamento. O Venturi 10 é regulado para que a relação R entre o débito Qe que atravessa o Venturi 10 e o débito Qd que atravessa a bomba 2 de dosagem seja, pelo menos, igual a 10 (dez) . Assim, o fluxo principal não passa na bomba 2 de dosagem. Isto permite utilizar uma bomba 2 de pequena dimensão para dosear um produto A aditivo e um fluxo importante do líquido principal. Por exemplo, para assegurar uma dosagem a 1% num débito de 20 m3/h, com uma relação R igual a dez podemos utilizar uma bomba normal com um débito máximo de 2,5 m3/h, assegurando uma dosagem de 10%. A invenção permite portanto tratar grandes débitos de líquido principal com bombas de dosagem relativamente pequenas.
Além disso, o efeito de diluição entre o fluxo que atravessa a bomba 2 e o fluxo principal que passa no Venturi 10 permite obter dosagens muito pequenas com uma 8 precisão importante. A relação R para assegurar as pequenas dosagens pode ser, pelo menos, igual a 100 (cem).
Uma bomba 2 de dosagem que permite uma relação volumétrica entre o débito de aditivo A injectado e o débito Qd de líquido motor que atravessa a bomba igual a um milésimo (1/mil), combinado com uma diluição de, pelo menos, um por cento (1%) permite uma dosagem em volume de aditivo A no débito Qe principal inferior a 10'5, ou seja, 10 ppm (10 partes por milhão).
Por exemplo, uma bomba 2 que permite um racio volumétrico de 1/1500 (0,07%) entre o débito de aditivo A retirado e o débito Qd correspondente, na prática, sensivelmente na dosagem mais fraca obtida mecanicamente com precisão com uma bomba deste tipo. Regulando o Venturi 10 para ter uma relação Qe/Qd igual a 133 (Qe=20 m3/h enquanto que Qd=150 m3/h), a relação volumétrica da dosagem de aditivo A e o débito principal fica igual a: (0,07%/133) ou seja um racio de 5.10'6 ou 5 ppm. A Fig.3 ilustra uma possibilidade suplementar de regulação do débito da bomba pela criação de uma perda de carga suplementar num circuito derivado da bomba. De um modo preferido, esta perda de carga é criada por um injector 16 instalado na saída 9 da bomba. 0 injector 16 inclui um orifício de passagem calibrado. Para uma diferença de pressão dada entre o estrangulamento e a entrada do Venturi, a frequência da bomba 2 e portanto o débito derivado na bomba 2 será tanto menor quanto o orifício do injector 16 é reduzido. A bomba 2, na ausência de qualquer injector 16, permite de uma maneira geral uma regulação de débito entre um valor M máximo e um valor M/p mínimo, em que p está, por exemplo, próximo de três. Havendo um injector 16 aumenta-se a margem de regulação 9 para os valores inferiores, de acordo com o diâmetro do orifício calibrado do injector. 0 injector 16 pode ser regulável, nomeadamente por intermédio de um ponteiro, o que permite fazer variar a dosagem, em particular no caso de uma bomba de dosagem que não inclua regulação.
Como variante, podemos prever, pelo menos, dois injectores diferentes, montados em paralelo em uma ou várias derivações com uma ou várias válvulas de selecção, o que permite obter, pelo menos, duas margens de dosagem. A combinação do Venturi e da bomba de dosagem permite uma margem de funcionamento independente da pressão. Esta combinação permite também obter uma dosagem sensivelmente constante e não apenas uma injecção que variaria em função das variações de pressão e de débito.
Ensaios realizados entre débitos de 25 e 40 m3/h a uma pressão de 8 a 10 bars, nomeadamente para regas no domínio agrícola, foram satisfatórios com a utilização de um doseador DOSATRON INTERNATIONAL Dl 1500 funcionando com 1,1 m3/h, com a obtenção de uma dosagem de 50 ppm de aditivo no débito principal depois de 4 ppm com um injector 16 diferente. A invenção permite que. nos libertemos da limitação de pressão do Venturi.
Lisboa, 27 de Março de 2008 10

Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo de dosagem para introduzir um aditivo (A) numa corrente de liquido (L) principal circulando numa conduta, que compreende uma bomba (2} com um êmbolo diferencial de movimento alternado para retirar o aditivo (A) de um recipiente (1) e o dosear, incluindo esta bomba uma primeira entrada (7) para receber um débito de liquido principal que assegure a movimentação da bomba, uma segunda entrada (8) para retirar o aditivo e uma saída (9) para a mistura do aditivo e do líquido principal, caracterizado por compreender um Venturi (10) situado na conduta e por a bomba (2) estar ligada em paralelo com o Venturi (10), ficando a primeira entrada (7) da bomba ligada à entrada (11) do Venturi enquanto que a saída (9) da bomba fica ligada ao estrangulamento (12) do venturi.
  2. 2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a geometria do Venturi (10) ser ajustada à perda de carga da bomba (2) entre a primeira entrada (7) e a saída (9).
  3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a geometria do Venturi (10) ser ajustada para estabelecer durante o funcionamento uma diferença de pressão de cerca de 1,5 bar e inferior a 2 bars entre a pressão de entrada e a pressão no estrangulamento.
  4. 4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por a geometria do Venturi (10) 1 ser ajustada para que a perda de carga criada pelo Venturi seja inferior a 0,5 bar.
  5. 5. Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caràcterizado por uma perda de carga (16} suplementar ser criada no circuito derivado da bomba.
  6. 6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a perda de carga suplementar ser criada por um injector (16).
  7. 7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o injector (16) estar situado à saída (9) da bomba.
  8. 8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado por o injector (16) ser regulável.
  9. 9. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o Venturi (10) ser regulado para que a relação do débito (Qe) que atravessa o Venturi relativamente ao débito (Qd) derivado que atravessa a bomba (2) seja igual a (R) , de maneira que com uma bomba que permite tratar um débito (Qd) de acordo com uma dosagem x%, o dispositivo permita tratar um débito Qe = Qd.R, de acordo com uma dosagem próxima de x/R%.
  10. 10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o Venturi (10) ser regulado para que a relação (R) do débito (Qe) que atravessa o Venturi relativamente ao débito (Qd) derivado que atravessa a bomba (2) seja igual a dez, ou vizinho de dez. 2
  11. 11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a bomba (2) estar prevista para permitir uma relação volumétrica entre o débito de aditivo injectado e o débito de líquido motor que atravessa a bomba inferior ou igual a um milésimo (1/1000), enquanto que a diluição volumétrica da mistura que sai da bomba e o débito principal que atravessa o Venturi é inferior a um por cento (1%) de modo que a dosagem volumétrica e o débito principal é inferior ou igual a IO'5 ou 10 ppm (10 partes por milhão).
  12. 12. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o Venturi (10) e a bomba (2) formarem um conjunto e por estarem previstos meios (Re, Rs) de ligação à entrada e à saída do Venturi para a sua inserção e a sua ligação a dois troços (Te, Ts) da conduta. Lisboa, 27 de Março de 2008 3
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