PT1863601E

PT1863601E - Método de geração de pulsações de jacto de líquido e aparelho para a implementação deste método

Info

Publication number: PT1863601E
Application number: PT06727661T
Authority: PT
Inventors: Josef Foldyna; Branislav Svehla
Original assignee: Inst Of Geonics Ascr
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2011-02-03
Also published as: JP2008540887A; US20100155502A1; US7740188B2; PL1863601T3; AU2006224192B2; CZ299412B6; CA2601050C; ES2358919T3; ATE494081T1; EP1863601A1; SI1863601T1; CZ2005168A3; AU2006224192A1; JP3181221U; EP1863601B1; WO2006097887A1; DE602006019391D1; US20080135638A1; US7934666B2; CA2601050A1

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO DE GERAÇÃO DE PULSAÇÕES DE JACTO DE LÍQUIDO E APARELHO PARA A IMPLEMENTAÇÃO DESTE MÉTODO"

Campo técnico A presente invenção refere-se a um método de geração de pulsações de pressão para gerar jactos pulsantes de líquido e a um aparelho para a implementação do método. Técnica anterior

Os jactos contínuos de líquido são, habitualmente, utilizados para corte e desintegração de vários materiais, para limpeza e remoção de camadas e revestimentos de superfície. A geração de pulsações de pressão suficientemente elevada em líquido sob pressão a montante da saída do bocal (assim chamada modulação) permite gerar um jacto pulsante de líquido que emerge do bocal como um jacto contínuo de líquido e não forma pulsações até uma determinada distância de afastamento da saída do bocal. A vantagem de um jacto pulsante destes em comparação com o contínuo consiste no facto de o impacto inicial das pulsações do jacto pulsante sobre a superfície alvo gerar uma pressão de impacto que é várias vezes superior à pressão total gerada pelo impacto do jacto contínuo nas mesmas condições. Além disso, o impacto do jacto pulsante induz, igualmente, fadiga de esforço no material alvo devido à carga cíclica sobre a superfície alvo. 1

Isto melhora ainda mais uma eficiência do jacto de liquido pulsante, em comparação com o continuo.

Presentemente, estão disponíveis diversos tipos de dispositivos destinados à geração de jactos pulsantes de líquido, como, por exemplo, a partir do documento US-A-4393991. Os moduladores de fluxo mecânicos internos são dispositivos mecânicos integrados no bocal. São formados, essencialmente, por um rotor estriado colocado a montante da saída do bocal. 0 rotor modifica, ciclicamente, a resistência do fluxo pela sua rotação e, deste modo, modula a velocidade do jacto que emerge do bocal (E. B. Nebeker: Percussive Jets - State-of-the-Art, Proceedings of the 4th U.S. Water Jet Symposium, WJTA, St. Louis, 1987). A principal desvantagem do princípio acima mencionado é a vida útil muito reduzida dos componentes móveis no bocal. A modulação de jactos contínuos de líquido pelo oscilador de Helmholtz é baseada no facto de mudanças na secção do fluxo e/ou descontinuidades do fluxo provocarem flutuações periódicas da pressão no líquido circulante (Z. Shen & Z. M. Wang: Theoretical analysis of a jet-driven Helmholtz resonator and effect of its configuration on the water jet cutting property, Proceedings of the 9th International Symposium on Jet Cutting Technology, BHRA, Cranfield, 1988). 0 mesmo princípio físico é utilizado nos, assim chamados, bocais auto-ressonantes. Um determinado tipo de pressão de choque é desenvolvido quando o líquido se escoa através da saída do tubo ressonante. A pressão de choque é reenviada para a entrada do tubo onde cria uma onda estacionária por adição com pulsações de pressão. Se a frequência da pressão de choque corresponder à frequência natural do fluxo, ocorre ressonância de pressão e o jacto começa a criar vórtices anulares distintos que resultam na geração de cavitações e/ou 2 pulsações. (G. L. Chahine et al. : Cleaning and cutting with self-ressonante pulsed water jets, Proceedings of the 2nd U.S. Water Jet Symposium, WJTA, St. Louis, 1983). A principal desvantagem dos dispositivos acima mencionados é uma reduzida profundidade de modulação do jacto de liquido.

Um bocal ultrassónico para a modulação de um jacto de água a alta velocidade é baseado num transformador vibratório colocado a montante, na vizinhança da saída do bocal, de tal modo que o líquido pressurizado flui através da coroa circular entre o transformador e a parede do bocal. 0 transformador vibratório está ligado a um transdutor magnetoestrictivo e/ou piezo-eléctrico. 0 transformador gera um campo de ultrassons de alta intensidade a montante da saída do bocal que modula o jacto de água a alta velocidade que se escapa do bocal (Μ. M. Vijay: Ultrasonically generated cavitating or interrupted jet, Patente U. S. N° 5154347, 1992). 0 elevado desgaste da ponta do transformador vibratório devido à intensa erosão de cavitação, as dimensões aumentadas e o peso da ferramenta de corte são considerados entre os inconvenientes mais importantes do dispositivo acima mencionado. 0 nível de modulação é fortemente dependente da posição da ponta do transformador vibratório relativamente à saída do bocal. Além disso, o dispositivo de bocal ultrassónico não permite a utilização das ferramentas de corte existentes para jactos de água contínuos, o que aumenta significativamente os custos da sua implementação na prática industrial. 3

Divulgação da invenção A presente invenção é dirigida a um método de geração acústica de pulsações de jacto de liquido e a um aparelho para a implementação do método. 0 método de acordo com a presente invenção consiste em que as pulsações de pressão são geradas por um actuador acústico numa câmara acústica cheia com liquido sob pressão; as pulsações de pressão são amplificadas por um amplificador de pulsações mecânico e transferidas pela guia de ondas de liquido dotada de uma alimentação em liquido sob pressão ao bocal e/ou sistema de bocal. A compressibilidade do liquido e a sintonização do sistema acústico, consistindo num actuador acústico, câmara acústica, amplificador de pulsações mecânico e guia de ondas de liquido, são utilizadas para transferência eficaz da energia pulsátil do gerador para o bocal e/ou sistema de bocal. 0 sistema acústico pode ser complementado com uma câmara de ressonância sintonizável permitindo a sintonia da ressonância do sistema acústico.

Ao contrário do dispositivo de bocal ultrassónico (Μ. M. Vijay: Ultrasonically generated cavitating or interrupted jet, Patente U.S. N° 5154347, 1992), o gerador de pulsações acústicas de acordo com a presente invenção não é sensível ao ajuste preciso da posição do actuador acústico na câmara acústica e o actuador acústico não é submetido ao enorme desgaste devido a uma erosão por cavitação intensa. 0 método e o aparelho para a geração acústica de pulsações de jacto de líquido, de acordo com a presente invenção, permitem, igualmente, a transmissão de pulsações de pressão no líquido ao longo de maiores distâncias. Consequentemente, o gerador de pulsações pode ser ligado ao sistema de pressão, 4 entre uma fonte de pressão e uma ferramenta (jacto) de trabalho equipadas com bocal(ais) a uma distância de até vários metros da ferramenta de trabalho. Graças a isto, durante a geração de pulsações de jacto de liquido de acordo com a presente invenção é possível, não apenas proteger melhor o gerador de pulsações contra os impactos adversos do ambiente de trabalho na proximidade imediata da ferramenta de trabalho mas, igualmente, utilizar ferramentas de trabalho padrão que são habitualmente utilizadas no trabalho com jactos contínuos. Isto pode reduzir significativamente os custos de implementação da tecnologia de jactos pulsantes de líquido na prática industrial.

Descrição dos desenhos A presente invenção será ainda mais claramente compreensível com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 é uma vista esquemática em corte de um aparelho para a implementação de um método de geração de pulsações de pressão, para gerar jactos pulsantes de líquido de acordo com a presente invenção, utilizando a acção directa de um actuador acústico sobre o líquido sob pressão na câmara acústica; a Figura 2 é uma vista esquemática em corte de um aparelho para a implementação de um método de geração de pulsações de pressão, para gerar jactos pulsantes de líquido de acordo com a presente invenção, utilizando a acção indirecta de um actuador acústico sobre o líquido sob pressão na câmara acústica, através da parede da câmara acústica; e a Figura 3 é uma vista esquemática em corte de um aparelho para a implementação de um método de geração de pulsações de pressão, para gerar jactos pulsantes de líquido de acordo com a presente invenção, utilizando a acção directa de um 5 actuador acústico sobre o líquido sob pressão na câmara acústica e equipado com uma câmara de ressonância sintonizável.

Exemplos

Exemplo 1 A Figura 1 é uma vista esquemática em corte de um aparelho para a implementação de um método de geração de pulsações de pressão, para gerar jactos pulsantes de líquido de acordo com a presente invenção, utilizando a acção directa de um actuador acústico sobre o líquido sob pressão na câmara acústica. 0 actuador 1 acústico, consistindo no transdutor _10 piezo-eléctrico e guia 1_1 de ondas cilíndrica, transforma a energia eléctrica fornecida em vibração mecânica. A guia 11_ de ondas cilíndrica com diâmetro de 38 mm, introduzida na câmara 2 acústica cilíndrica com diâmetro de 40 mm e cheia com líquido 3 sob pressão, transmite vibração mecânica ao líquido. Em consequência, são geradas pulsações de pressão no líquido 3_ sob pressão. As pulsações de pressão do líquido são amplificadas no amplificador 4 mecânico de pulsações em forma de tronco de cone e transpostas para o líquido fluindo sob pressão no ponto de ligação à distribuição 5 de pressão do aparelho para aplicação do jacto de líquido. As pulsações de pressão são transferidas por uma guia 6_ de ondas de líquido do amplificador 4 mecânico de pulsações para o bocal e/ou o sistema ]_ de bocal (i. e., para a ferramenta de trabalho). A guia 6_ de ondas de líquido consiste no tubo _12_ metálico e na mangueira b3. As pulsações de pressão do líquido são utilizadas para a geração do jacto 8_ pulsante de líquido no bocal e/ou sistema 1_ de bocal. 6

Exemplo 2 A Figura 2 é uma vista esquemática em corte de um aparelho para a implementação de um método de geração de pulsações de pressão, para gerar jactos pulsantes de líquido de acordo com a presente invenção, utilizando a acção indirecta de um actuador acústico sobre o líquido sob pressão na câmara acústica, através da parede da câmara acústica. 0 actuador 1 acústico, consistindo no transdutor _10 piezo-eléctrico e guia _11. de ondas cilíndrica, transforma a energia eléctrica fornecida em vibração mecânica. A guia 1_1 de ondas cilíndrica com diâmetro de 38 mm está fixa à parede da câmara 2 acústica cilíndrica com diâmetro de 40 mm e cheia com líquido 3 sob pressão. A vibração mecânica da guia 1_1 de ondas cilíndrica faz oscilar a parede da câmara 2 acústica cilíndrica que transmite as oscilações ao líquido 3 sob pressão. Em consequência, são geradas pulsações de pressão no líquido 3 sob pressão. As pulsações de pressão do líquido são amplificadas no amplificador _4 mecânico de pulsações em forma de tronco de cone e transpostas para o líquido fluindo sob pressão no ponto de ligação à distribuição _5 de pressão do aparelho, para aplicação do jacto de líquido. As pulsações de pressão são transferidas por uma guia 6_ de ondas de líquido do amplificador 4 mecânico de pulsações para o bocal e/ou sistema 1_ de bocal (í. e., para a ferramenta de trabalho). A guia 6_ de ondas de líquido consiste no tubo 12 metálico e na mangueira 13_. As pulsações de pressão do líquido são utilizadas para a geração do jacto 8 pulsante de líquido no bocal e/ou sistema 7_ de bocal. 7

Exemplo 3 A Figura 3 é uma vista esquemática em corte de um aparelho para a implementação de um método de geração de pulsações de pressão, para gerar jactos pulsantes de liquido de acordo com a presente invenção, utilizando a acção directa de um actuador acústico sobre o liquido sob pressão na câmara acústica equipada com uma câmara de ressonância sintonizável. 0 actuador 1 acústico, consistindo no transdutor _10 piezo-eléctrico e guia 11_ de ondas cilíndrica, transforma a energia eléctrica fornecida em vibração mecânica. A guia 11_ de ondas cilíndrica com diâmetro de 38 mm, introduzida na câmara 2 acústica cilíndrica com diâmetro de 40 mm e cheia com o liquido 3_ sob pressão, transmite a vibração mecânica ao líquido. Em consequência, são geradas pulsações de pressão no liquido 3_ sob pressão. A câmara 2 acústica é ligada a uma câmara 9 de ressonância sintonizável que serve para ajustar a frequência natural do sistema acústico à frequência de accionamento das pulsações de pressão. As pulsações de pressão do liquido são amplificadas no amplificador 4 mecânico de pulsações em forma do tronco de cone e transpostas para o líquido fluindo sob pressão no ponto de ligação à distribuição 5 de pressão do aparelho, para aplicação do jacto de liquido. As pulsações de pressão são transferidas por uma guia 6_ de ondas de liquido do amplificador 4 mecânico de pulsações para o bocal e/ou sistema 1_ de bocal (í. e., para a ferramenta de trabalho) . A guia 6_ de ondas de liquido consiste no tubo _12 metálico e na mangueira 13_. As pulsações de pressão do liquido são utilizadas para a geração do jacto 8_ pulsante de líquido no bocal e/ou sistema 1_ de bocal.

Aplicabilidade industrial A solução de acordo com a presente invenção pode ser utilizada em muitos ramos da indústria, tais como mineração (corte de rocha, extracção e processamento de pedras ornamentais e dimensionais), engenharia civil (reparação de estruturas de betão, limpeza de superfícies) e engenharia (remoção, limpeza, e corte de camadas superficiais).

Lisboa, 27 de Janeiro de 2011 9

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Método de geração de pulsações de jacto de líquido, caracterizado por pulsações acústicas geradas por um actuador (1) acústico actuarem, directa ou indirectamente sobre um volume estacionário de líquido (3) sob pressão; sendo as referidas pulsações acústicas amplificadas pelo amplificador (4) de pulsações mecânico e transferidas por uma guia (6) de ondas de líquido dotada de um abastecimento de líquido sob pressão para um bocal e/ou sistema (7) de bocal.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que se faz coincidir uma frequência de ressonância natural de um sistema acústico com a frequência de pulsações acústicas por meio de uma câmara (9) de ressonância sintonizável.
3. Aparelho para a implementação do método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser composto por um sistema acústico consistindo num actuador (1) acústico, uma câmara (2) acústica, cujo volume interno está cheio com o líquido (3) sob pressão estacionária, um amplificador (4) de pulsações mecânico, tendo o referido amplificador de pulsações mecânico, de um modo vantajoso, uma forma cónica, cilíndrica, em catenária, Bessel, exponencial ou escalonada ou suas combinações, e uma guia (6) de ondas de líquido que é, geralmente, uma tubagem metálica ou mangueira ou combinação de ambas; a referida câmara (2) acústica está dotada com o referido amplificador (4) de pulsações mecânico que está ligado a um bocal e/ou sistema (7) de bocal por meio da referida guia (6) de ondas de líquido que está 1 dotada com alimentação (5) de líquido sob pressão; o referido sistema acústico está ligado, em paralelo, à referida alimentação (5) de líquido sob pressão a uma distância arbitrária do bocal e/ou sistema (7) de bocal.
4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, em que o actuador (1) acústico está parcialmente imerso no líquido (3) sob pressão.
5. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, em que o actuador (1) acústico está fixo à parede da câmara (2) acústica.
6. Aparelho de acordo com as reivindicações 3 a 5, em que o rácio comprimento - dimensão transversal (diâmetro) da câmara (2) acústica é maior que 1.
7. Aparelho de acordo com as reivindicações 3 a 6, em que a secção da câmara (2) acústica excede a área de emissão do actuador (1) acústico, no máximo em 20%.
8. Aparelho de acordo com as reivindicações 3 a 7, em que o actuador acústico é um transdutor (10) electromecânico; sendo o referido transdutor (10) electromecânico, de um modo vantajoso, piezo-eléctrico ou magnetoestrictivo.
9. Aparelho de acordo com as reivindicações 3 a 8, caracterizado, ainda, por uma parte deste ser uma câmara (9) de ressonância sintonizável para sintonizar a frequência de ressonância natural do sistema acústico com a frequência de accionamento das pulsações de pressão. Lisboa, 27 de Janeiro de 2011 2 1/1