PT98308A - Processo para o fabrico de uma membrana porosa,membrana porosa,elemento de controlo de fluxo incluindo a membrana e processo para difusao de um fluido atrves da membrana - Google Patents

Processo para o fabrico de uma membrana porosa,membrana porosa,elemento de controlo de fluxo incluindo a membrana e processo para difusao de um fluido atrves da membrana Download PDF

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Description

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HM/PAC/B086356PPT “2”
MEMÓRIA.....DESÇRI1IVA
Este invento refere-se ao controlo de fluxo, mais particularmente, a uma membrana e a um processo para fabrico de uma membrana» ou para utilização num elemento de controlo cie fluxo» útil em aplicações de filtração ou difusão»
Em multas aplicações de filtração e difusão» é desejável haver uma estrutura porosa fina de» digamos» menos de 20 pm» Isto é conseguido usualmente» por meio de uma estrutura porosa de labirinto» utilizando» por exemplo» um material cerâmico.. Taís meios porosos têm particular propensão para bloquear» não podendo ser libertos facilmente utilizando técnicas convencionais» tais como a limpeza contra-corrente»
Um objectivo do presente invento é proporcionar um meio poroso» no qual a desvantagem anterior seja obviada ou diminuída»
De acordo com um primeiro aspecto do presente invento» proporciona-se, um processo para fabrico de uma membrana, compreendendo a redução da membrana, após perfuração, para diminuir a dimensão dos poros» A membrana é» de preferência, perfurada numa condição esticada- 0 processo permite a uma membrana com poros relativamente pequenos ser fabricada, abrindo poros relativamente grandes numa membrana esticada ou expandida e depois reduzir ou retrair a membrana para diminuir a dimensão dos poros. A membrana é feita, de preferência, de material plástico sintético termo-retráctil, perfurada no seu estado de expandido e é reduzida por aquecimento-
De acordo com um segundo aspecto do presente invento, proporciona-se uma membrana feita de acordo com o processo definido atrás»
Um terceiro aspecto do presente invento proporciona um elemento de controlo de fluxo, compreendendo uma membrana como jã
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HM/PAC/B086356PPT -3- referida, em que a membrana é, de preferencia, colocada num suporte e o suporte pode ser ajustável de modo a variar a dimensão dos poros da membrana.,
De acordo com um quarto aspecto do presente invento, proporciona-se um processo de difusão de um fluido num meio circundante, por exemplo ar em efluentes, compreendendo a colocação de uma membrana tubular, feita de acordo com o processo da reivindicação 5, no dito rneio, e introdução do fluido na membrana tubular a uma pressão tal que o fluido seja forçado através dos poros da membrana para o meio circundante» 0 invento será agora descrito apenas por meio de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 é uma vista lateral de uma concretização da membrana tubular, de acordo com o invento, antes da retracção; a figura 2 é um corte transversal correspondentes a figura 3 é uma vista ampliada da porção assinalada na figura 2; a figura 4 é uma vista correspondente á figura 3 depois da retracçâo; a figura 5 é uma vista lateral esquemática, parcialmente em corte, de uma concretização do filtro de acordo com o invento; a figura 6 é um corte longitudinal de uma segunda concretização do filtro de acordo com o inventos a figura 7 é uma vista lateral parcialmente em corte de uma concretização do elemento de filtro de acordo com o invento; a figura 8 é uma vista em corte de uma concretização do difusor de gás, de acordo com o invento;
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HM/PAC/B086356PPT a figura 9 é uma vista correspondente de uma segunda concretização do difusor de gás de acordo com o invento; e a figura 10 é um corte longitudinal de uma terceira concretização do difusor de gás de acordo com o invento» A figura 1 mostra uma membrana na forma de um tubo 1, tendo uma parede 2 penetrada através do seu comprimento por múltiplos poros 3, estando mostrada no desenho apenas uma faixa estreita da mesma. 0 tubo 1 é feito de material de plástico sintético termo-retráctil, por exemplo borracha de silicone formada por extrusão, seguida de retracção (normalmente apenas diametralmente, mas possivelmente também longitudinalmente) e depois posta no estado esticado, por exemplo, por irradiação. Neste estado expandido, o tubo está sem tensão, e pode ser manuseado do mesmo rnodo que qualquer outra mangueira de borracha ou plástico. Com o aquecimento subsequente a uma temperatura predeterminada, o tubo retraí-se até à sua dimensão original, sendo os coeficientes de retracção diametral de cerca de 5 ou 6 para 1 até 1,5 para 1.
Os poros 3 são criados no tubo 1, enquanto este último está na seu estado esticado. Os poros 3 são ilustrados numa escala ampliada na figura 3. Assumindo uma redução diametral de 2:1 na termo-retracção, a frequência de poros na direcçao circun-ferencial irá duplicar a seguir à retracção, como é visto na figura 4- Se o tubo 1 é igualmerite retraído lorigitudinalmente, a frequência de poros na direcçao axial do tubo irá igualmente aumentar. Como é melhor visto a partir de uma comparação das figs. 3 e 4, o diâmetro dos poros 3 é reduzido desproporcionadamente em relação ao diâmetro do tubo, de modo a produzir poros muito mais finos do que o coeficiente de retracção poderia sugerir. Isto é devido ao facto do campo circundante 4 se expandir para os espaços livres de poros sob as forças de compressão induzidas pela redução do tubo» De facto, a resiliência do material pode resultar no facto dos poros serem totalmente fechados no estado de relaxação do material.
Os poros 3 podem ser produzidos no tubo termo-retráctil 1
72 870 HM/PAC/B086356PPT 5
através de qualquer técnica adequada, por exemplo, perfuração mecânica utilizando agulhas, por perfuração a laser ou descarga de faíscas. Quando produzidos, os poros 3 podem ter lados paralelos ou ter uma ligeira conicidade a partir do diâmetro exterior para o diâmetro interior da parede 2, como se vê na figura 3. Um formato marcadamente troncónico dos poros é produzido durante a retracçâo, sujeitando a esforços diferenciais a parede do tubo durante a redução, estando a circunferência interior do tubo sob esforço de compressão relativamente maior que a circunferência exterior. Uma tal configuração de poros é particularmente vantajosa para aplicações de filtração da membrana tubular. A criação de poros através de perfuração mecânica pode ser útil para rasgar uma aba de saída na extremidade de cada poro, de modo a fechã-lo contra retorno de fluxo de fluido, se os poros forem suficientemente grandes para permanecerem abertos no estado de relaxação do material. Q tubo pode ser perfurado a partir de fora ou de dentro para criar as abas no interior ou exterior, respectivamente. 0 tubo pode igualmente ser invertido após perfuração, para posicionar as abas no lado apropriado.
Uma comparação das figuras 3 e 4 mostra ainda que, como esperado, a espessura da parede 2 aumenta durante a retracçâo. Naturalmente, a espessura da parede do tubo termo-retráctil 1 é seleccionada em relação ao coeficiente de retracçâo, de tal modo que a espessura da parede do tubo retraído tem as características de resistências requeridas. De preferência, o tubo retraído é, quer flexível, quer resiliente. A figura 5 mostra um elemento de controlo de fluxo na forma de um filtro de fluxo cruzado, incluindo uma membrana tubular reduzida 5 do tipo acima descrito. 0 filtro tem um alojamento cilíndrico 6, definindo uma câmara 7 fechada por tampas de topo e fundo 8 e 9, respectivamente, nas quais são fixas as extremidades dos tubos 5 para comunicação com uma entrada 10 na tampa de topo 8 e uma saída 11 na tampa de fundo 9. 0 alojamento 6 tem uma abertura de descarga de fundo 12 para descarga de filtrado limpo do fundo da câmara 7. 0 fluido contaminado com material em
HM/PAC/B086356PPT partículas a ser filtrado,, é introduzido através da entrada 10 e fluí axialmente através do tubo 5 e para fora através da parede de tubo porosa para a câmara 7, a partir do qual é descarregado através da abertura 12, sendo o contaminante em partículas retido pelos poros do tubo 5„ 0 tubo 5 pode ser semí-rígido por selecção apropriada da natureza e espessura de parede do material de plástico constituinte., 0 filtro da figura 6 é do tipo beco sem saída, no qual uma câmara 13, definida por uma parede cilíndrica 14, é fechada na sua extremidade de fundo por uma parede de extremidade 15, e na sua extremidade superior por uma tampa de topo 16, incluindo uma entrada 17, para fluido sujo vindo de uma bomba, e uma saída axial 18 para descarga de filtrado limpo- 0 interior da tampa de topo 16 tem uma aba axial 19, na qual está localizado um vedante anelar 20, em contacto vedante com um elemento de filtro cilíndrico e coaxial 21, mantida na câmara 13, livre da parede d® extremidade 15, e tendo um bujao de fundo vedante 22 na sua extremidade inferior- 0 elemento de filtro 21 compreende um tubo interior grosseiramente poroso com paredes relativamente espessas, de material rígido ou semi-rígido 23, que proporciona um suporte para uma membrana tubular exterior 24, tendo poros muito finos, e feito pelo processo de acordo com o invento» 0 tubo exterior 24 pode ser termo-retraído no suporte 23, durante o fabrico» Em utilização, o fluido contendo material em suspensão para ser filtrado é passado para a câmara 13 a partir da entrada 17, e flui através do elemento de filtro 21, depositando partículas sólidas nos poros finos do tubo exterior 24, sendo o filtrado limpo descarregado através da abertura de topo 18» A figura 7 mostra uma concepção alternativa do elemento de filtro para utilização no filtro da figura 6» Neste caso, o tubo da membrana 21, feito de acordo com o invento, é suportado (e pode ser termo-retraído) numa mola helicoidal 25, tendo espiras de secção trapezoidal adjacentes muito próximas com entalhes axiais 26 na periferia da mola, para proporcionar canais de drenagem» A mola 25 pode ser estendida para esticar a membrana 21 e„ deste modo, variar a dimensão dos poros na mesma, por exemplo,
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HM/PAC/B086356PPT -7-para alargar os poros para limpeza em contra-corrente do filtro* A membrana 21 pode igualmente ser expandida pela introdução de gás ou líquido sob pressão para o elemento de filtro e„ se a pressão for suficiente, a membrana 21 pode ser distendida, de modo a partir a crosta de filtragem no exterior da membrana, tendo sido a dita crosta de filtragem, de preferência, previamente secada, de modo a facilitar a remoção desta maneira» A descrição, até agora, tem-se restringido a uma membrana tubular para utilização num elemento de controlo de fluxo na forma de um filtro» Em alternativa, a membrana pode ser aplicada num difusor de gás, do qual são ilustrados exemplos nas figuras 8 a 10. Na figura 8, uma membrana tubular auto-portante 30, prolonga-se a partir de um corpo 31, definindo um espaço cheio de ar 32, ao qual é fornecido ar sob pressão» Podem ser montados tubos adicionais 30 (não mostrados) em comunicação com o espaço cheio de ar 32- Ar sob pressão do espaço 32 passa para o tubo 30 (que é fechado na sua extremidade mais distante) e através de poros finos para o meio circundante» Oeverá considerai—se que pode ser difundido outro fluido (gás ou líquido) deste modo, e um meio circundante para o qual o fluido é difundido pode ser qualquer meio que se deseje tratar ou, de outro modo, influenciar por meio do fluido difundido» Pode ser utilizado um tal difusor para, por exemplo, a arejamento de efluentes ou a oxigenação de um aquário» A figura 9 mostra um difusor semelhante, no qual foram utilizados os mesmos números de referência para os mesmos componentes. Neste caso, o tubo 30 não precisa ser auto--portante, uma vez que é suportado por urna haste axial 33, fixa numa extremidade da tampa de extremidade mais distante 34 e na sua extremidade oposta por um parafuso de fixação 35, que é ajustável de modo a variar o comprimento do tubo 30 e„ deste modo, a dimensão dos poros.
Nas concretizações das figuras 8 e 9, o tubo 30 tem um comprimento axial limitado mas, na concretização da figura 10, a membrana tubular 36 correspondente pode ter qualquer comprimento
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MM/PAC/B086356PPT -8-desejado, tendo um bujão 37 numa extremidade, e uma ligação 38 na outra extremidade para perfurar o tubo flexível de distribuição de ar 39„ Dentro deste tubo 36 está uma espiral helicoidal de aço inoxidável 40, que confere uma flutuação negativa ao tubo 36, de modo que este pode ser colocado no leito de um rio ou de um lago-0 tubo de distribuição 39 é então ligado a um compressor de ar e são emitidas bolhas finas de arejamento ao longo do comprimento 36, para arejar o ambiente do tubo*
Deverá considerai—se, que podem ser empregues elementos alternativos de flutuação negativa, por exemplo malha de aço inoxidável tecida, correntes ou cabo de aço.,
Embora o tubo retraído termicamente das várias concretizações descritas, tenha uma parede cilíndrica suave, deverá considerar-se que o tubo pode ser enrugado ou enrolado, por exemplo com entalhes axiais, proporcionando uma configuração estriada, que tende a evitar a dobragem do tubo- 0 tubo enrugado é fabricado do mesmo modo que tubo liso, mas utilizando uma matriz de extrusão, de configuração apropriada, para a secção que vai ser produzida- Quando o tubo extrudido é então expandido, o enrugamento é então alisado, para produzir urn tubo de paredes lisas que pode ser facilmente perfurado- Na retracção térmica, o enrugamento é restabelecido conjuntamente com o diâmetro original do tubo-
Dever-se-ã considerar que a membrana do invento não precisa ser tubular, mas pode ter a forma de uma folha plana ou outra configuração conveniente- Os furos dos poros produzidos na membrana podem ser tão pequenos como 0,2 pm, reduzindo-se para menos de 0,02 pm após retracção térmica- 0 número de poros por unidade de área de membrana retraída pode ser mais de 64 500 por cm2- A utilização de um material não termo-retráctil para a membrana está dentro do âmbito do invento- Por exemplo, um tubo de borracha, ou outro material elastomérico, pode ser esticado, perfurado e depois deixado relaxar- 0 tubo pode ser esticado à
72 870
HM/PAC/B086356PPT ~9~ medída que é alimentado para os meios de perfuração, por exemplo um rolo agulhado. São tomados cuidados para garantir que o material elastomérico nâo é esticado numa extensão tal que se rasgue quando for perfurado»

Claims (12)

  1. 72 870 HM/PAC/B086356PPT -10- REIVINDICACÕE.....S ' 1. Processo para fabrico de uma membrana porosa, caracterizado por compreender a redução da membrana, após perfuração, para diminuir a dimensão dos poros»
  2. 2» Processo de acordo com a reivindicação i, caracterizado por a membrana ser perfurada numa condição de esticada»
  3. 3» Processo de acordo com as reivindicações i ou 2, caracterizado por a membrana ser feita de material de plástico sintético termo-retráctil, perfurada no seu estado de expandido e a membrana ser reduzida por aquecimento»
  4. 4» Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, carácter izado por a membrana ser alargada de modo resiliente antes da perfuração e subsequente relaxação»
  5. 5» Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a membrana ser perfurada por perfuração a laser»
  6. 6» Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a membrana ser tubular»
  7. 7» Membrana caracterizada por ser feita de acordo com processo de qualquer uma das reivindicações precedentes»
  8. 8» Elemento de controlo de fluxo caracterizado por compreender uma membrana de acordo com a reivindicação 7»
  9. 9.. Elemento de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a membrana estar disposta num suporte»
  10. 10» Elemento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o suporte ser ajustãvel de modo a variar a dimensão dos poros da membrana» -11- 72 870 MM/PAC/B0863S6PPT
  11. 11» Elemento de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a membrana ser tubular e o suporte ser uma rnola helicoidal engatada dentro da mesma»
  12. 12- Processo de difusão de um fluido num meio envolvente, por exemplo ar em efluentes, caracteri^ado por compreender a colocação de uma membrana tubular, feita de acordo com o processo da reivindicação 5, no dito meio, e introdução do fluido na membrana, tubular a uma pressão tal que o fluido seja forçado através dos poros da membrana para o meio circundante» Lisboa, Í2. JUL 1991 Por LANMARK CONSULTANTS LIMITED =0 AGENTE OFICIAL^
PT98308A 1990-07-13 1991-07-12 Processo para o fabrico de uma membrana porosa,membrana porosa,elemento de controlo de fluxo incluindo a membrana e processo para difusao de um fluido atrves da membrana PT98308A (pt)

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