WO2021101362A1 - Equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos - Google Patents

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Definitions

  • the present invention refers to an equipment that allows gasifying, pumping and mixing fluids based on the principle of cavitation, which allows the active diffusion of gases within fluids contained in a closed container or in open bodies and more particularly, it refers to a equipment for gasification, pumping and mixing of fluids by cavitation fed, with structures to diffuse micro and nano bubbles of a gas flow, towards vacuum zones created by the controlled cavitation in the periphery of an impeller arranged to allow the filling of the vacuoles created by the impeller, in which pressures lower than atmospheric are generated causing self-suction to the injection point, allowing a continuous flow of gas, thus favoring the exchange of gases towards the fluid, as well as the displacement of the gasified fluid generated by pumping it, whose flow can be sucked from high depths to be gasified.
  • the pumping, mixing and gasification of fluids have been carried out for different processes in various ways throughout history, such as the aeration of bodies of water intended for the breeding of aquatic species, the gasification of beverages, the mixing of immiscible phases. , the synthesis of chemical compounds, and so on.
  • a great variety of devices have been used that perform at least one or more of the aforementioned functions;
  • One of the main problems these devices face is energy efficiency due to the volume pumped, mixed and / or gassed, which is inversely proportional to the depth to which the device is subjected in the fluid that needs to be processed. Therefore, at great depths, conventional equipment cannot efficiently carry out any of the aforementioned processes due to the increase in pressure in the deep areas of the fluid.
  • Another problem with current devices is the amount of energy required to generate a stable bubble size at micro or nano levels, since high input speeds and high pressures are required to generate a stable bubble size.
  • the bubbles are pressurized, which can have undesirable effects, since the increase in pressure in the gas to be injected into the fluid generates bubbles of different sizes depending on the depth of team work.
  • the elements used to create very small bubbles are sintered or porous materials, which makes them very prone to clogging, resulting in a low level of reliability and high maintenance costs.
  • gasifying equipment In order to overcome the limitations of the equipment intended for pumping, mixing and gasifying conventional fluids, gasifying equipment has been developed such as the equipment described in Patent US4066382A, which discloses an impeller for aeration of liquids, which comprises a disk central support with a plurality of impeller blades, which has a cover that creates an opening on the surface of the disc for the intake of air.
  • the arrangement of the impeller blades follows a radial pattern with curved blades that leaves a free central area for the aspiration of gases.
  • the aeration of the fluid is restricted only to the surface of the fluid, since the impeller only generates gas suction at a shallow depth, so that said equipment cannot be used to gasify deep layers of a fluid.
  • Patent Application US20060180949A1 describes aeration equipment comprising a suction tube with an aeration propeller located in its lower part, a motor in its upper part and a transmission shaft that connects the impeller to the motor.
  • the equipment is used for aeration of wastewater during biological treatment processes.
  • Said equipment shows the use of a conduction pipe with an internal propeller located in its lower part that sucks gases from the surface to inject them into a mixing chamber where they are diffused into the fluid.
  • Patent US6884353B2 protects an aeration apparatus, which comprises a rotating impeller that generates microbubbles at reduced pressure.
  • Said apparatus comprises an upper chamber that is filled with air by means of the displacement of a fluid contained within it, caused by the suction produced by the movement of the lower impeller, in such a way that when the air chamber is empty, the gas it enters the impeller blades and is directed through micro-perforations made in the surfaces of the impeller blades towards the fluid, actively entering the air.
  • the equipment is intended to be used only in the surface areas of the fluid. Also, because the gas bubbles are generated towards the lower part of the impeller, they diffuse only to a small depth so that the low substrates of the fluid do not come into contact with the gas bubbles.
  • Patent US5213718A describes an aerator to gasify bodies of water, which is constituted by a centrifugal pump with a modified impeller to generate a cavitation zone that sucks a gas flow through an inlet tube whose outlet is located above the level. of the water.
  • the cavitation zone is generated in the upper part of the impeller of the equipment, so the flow of the gas mixture is turbulent.
  • aerator impeller configuration due to the aerator impeller configuration, a lot of suction power is lost at great depths, so the inflow gas flow decreases significantly with depth.
  • the size of the gas bubbles generated is not constant due to the turbulent flow created in the cavitation zone of the impeller.
  • Patent US3630498A discloses a gasifier equipment for liquids comprising a hollow shaft with a lower blade impeller having a porous surface that allows the diffusion of bubbles of a pressurized gas in the vicinity of the blades.
  • the gas bubbles generated They facilitate the rise of the liquid towards the outlet of the equipment and also improve the diffusion of gases.
  • None of the aforementioned equipment allows precise control of the size of the gas bubble to be diffused in the fluid, much less allow the generation of gas bubbles on a micro and nano scale. Additionally, none of the equipment described above is capable of working at different depth levels without significant losses in the suction force of the equipment.
  • the present invention aims to provide a gasification, pumping and fluid mixing equipment that can suck fluids to be gasified from any depth without suffering power losses.
  • Another objective of the present invention is to provide equipment for gasification, pumping and mixing of fluids that allows controlling the size of the gas bubbles injected into the fluid.
  • a further objective of the present invention is to provide equipment for gasification, pumping and mixing of fluids with means for the diffusion of two or more different gases into one or more fluids.
  • a further objective of the present invention is to provide equipment for gasification, pumping and mixing of fluids that allows to gasify fluids with gas flows at atmospheric pressure regardless of the working depth.
  • Figure 1 shows a side view of the fluid gasification, pumping and mixing equipment of the present invention.
  • Figure 2 shows a side view of the aeration enclosure (5).
  • Figure 3 shows a perspective view of the lateral section of the aeration enclosure (5).
  • Figure 4 shows a close-up of the powered cavitation device (4), with the first and second discs (4.1 and 4.2) separated to show their internal structures.
  • Figure 5 shows a top view and a side view of the fed cavitation device (4) in which the external structures thereof are observed.
  • the present invention provides a gasification, pumping and fluid mixing equipment, for free or confined fluids, which can be used at different depths without losing suction force, therefore it has the ability to pump gasified fluid mixtures to almost unlimited depths with the same energy efficiency as it would at very shallow levels, and which also allows controlling the size of the gas bubbles to diffuse in the fluid, with the unique characteristic of allowing efficient gasification of the fluid at atmospheric pressure levels.
  • the fluid gasification, pumping and mixing equipment of the present invention is composed of a rotary actuator (1), an outer conduit (2), a hollow rotating shaft (3), a powered cavitation device (4) and; a cavitation chamber (5).
  • the rotary actuator (1) is the element that generates the mechanical force that puts the gasifier equipment of the present invention into operation.
  • Said rotary actuator (1) can be selected from an electric motor, an internal combustion engine or a turbine.
  • the rotary actuator (1) has an output shaft that protrudes from its main body and can optionally be coupled to a transmission box such as for example a gear box to modify the output torque of the shaft.
  • said rotary actuator comprises a speed selector mechanism (not shown) that allows to increase or decrease the number of revolutions per minute (RPM) at which it works, in such a way that the gasifier equipment can be operated at different working speeds.
  • RPM revolutions per minute
  • the outer duct (2) acts as a vertical structural support for the equipment and is made up of at least one cylindrical section; a rotary actuator connection
  • said at least one gas regulation valve (2.3) being restricted and regulated to establish a specific gas-fluid relationship, to regulate the size of the bubble generated by the equipment.
  • the hollow rotary shaft (3) is arranged inside the outer conduit (2) and is connected to the output shaft of the rotary actuator (1).
  • Said hollow rotating shaft (3) comprises at least one inlet hole (3.1) located in its upper part for the entry of the gas flow from the outer conduit (2) and; at least one exit hole
  • the fed cavitation device (4) is made up of a first and a second disc (4.1 and 4.2), with flat or substantially conical faces, which are connected to each other by their internal face.
  • the first and second discs (4.1 and 4.2) each comprise a central hole (4.3) through which the hollow rotating shaft (3) passes, engaging to transmit the movement of said hollow rotating shaft (3) towards said first and second discs (4.1 and 4.2); a plurality of internal spiral blades (4.4) that start from the central hole (4.3) forming a Fibonacci spiral and end on the outer perimeter of the first and second discs (4.1 and 4.2) in such a way that Said internal spiral blades (4.4) form an internal turbine that increases the impulse and speed of the gases coming from the at least one outlet orifice (3.2) of the hollow rotating shaft (3), towards a vacuum zone; a plurality of external spiral blades (4.5) located on the external face of the first and second discs (4.1 and 4.2), in the same relative positions with respect to the plurality of internal spiral blades (4.4),
  • the plurality of external spiral blades (4.5) are separated from each other on the periphery, by a distance of between 20 and 60 mm at their distal end and, have a slope of between 0 and 45 degrees with respect to the horizontal and;
  • Each of the terminal ends of the external spiral blades (4.5) comprises between 3 and 10 mini hydro-ailerons (4.6), which have a curved geometry that follows the Fibonacci spiral.
  • the aeration enclosure (5) has at least one powered cavitation device (4) housed inside, and comprises a first and a second casing (5.1 and 5.2) that can have a selected shape of a flat shape at their base. or a substantially conical shape depending on the geometry of the at least one fed cavitation device (4), which together with the fed cavitation device (4) form the water flow conduits towards the vacuum zone, the distance between the cavitation device fed and the internal walls of the casings (5.1 and 5.2) the minimum necessary to avoid friction.
  • Said first and second housings (5.1 and 5.2) are connected to each other by their larger diameter openings, by means of four ribs (5.3), in such a way that four expulsion cavities are formed between said first and second housings (5.1 and 5.2), through which the fluid flow is expelled together with the micro or nano gas bubbles created; a first and a second suction inlets (5.4 and 5.5) of cylindrical shape, arranged in the sides of the first and second casings (5.1 and 5.2) respectively, for the connection of suction intakes (5.6 and 5.7) through which the fluid is sucked; a pair of support bearings (5.8 and 5.9) held on the inside of the casings (5.1 and 5.2) by means of a plurality of ribs with perforations (5.10), which allow free flow of fluids, designed to support the shaft hollow rotary (3) and; a first and a second holes (5.11 and 5.12) located on the upper faces of the first and second casings (5.1 and 5.2) respectively, the first hole (5.11) being connected
  • the gasification, pumping and fluid mixing equipment of the present invention generates a central suction flow through the hollow rotating shaft (3), which actively sucks the gas flow towards the flow channels of gas formed by the plurality of internal spiral blades (4.4) of the fed cavitation device (4), which exits through the plurality of outlet orifices (4.7) by the suction created by the cavitation zones generated by the movement of the plurality of mini hydro-ailerons (4.6), thus filling the vacuum bubbles (vacuoles) created by cavitation.
  • the vacuum zone creates a barrier and at the same time a gate, between the internal part of the device and the external hydrostatic pressure generated by the fluid, allowing the entry of gases with low pressure to the high hydrostatic pressure zone (depending on depth).
  • This vacuum zone receives the hydraulic impact of the fluid that is sucked through the same zone and additionally propelled by the external spiral blades (4.5) generating a spreading and detachment of the bubbles created in said zone to give cavity to the following bubbles allowing the next cycle of radial ejection of bubbles.
  • the gasification equipment is a floating equipment with autonomous means for generating energy.
  • the equipment also includes a floating base that provides enough buoyancy to support the full weight of the equipment.
  • Said floating base has arranged in its part top is a solar panel, which generates electrical energy that is supplied to a battery that is used to power the rotary actuator (1), in such a way that the equipment can be used for the aeration of open ponds.
  • the gasifier equipment comprises a plurality of cavitation chambers (5) that house the same number of fed cavitation devices (4), said cavitation chambers (5) being vertically stacked in the end of the hollow rotating shaft (3), so that the mixing rate of the equipment is increased.

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Abstract

Un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos para fluidos contenidos en cuerpos abiertos o cerrados, que permite controlar el tamaño de las burbujas y la proporción de gases mezclados, de un flujo de gas a difundir en el fluido, con medios para generar un flujo de succión del gas que permita el llenado activo de las zonas de cavitación creadas por el movimiento radial de un propulsor de cavitación, que puede ser usado para succionar a distintas profundidades sin perder fuerza de succión o general mayor consumo energético.

Description

EQUIPO DE GASIFICACION, BOMBEO Y MEZCLADO DE FLUIDOS
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a un equipo que permite gasificar, bombear y mezclar fluidos basado en el principio de cavitación, que permite la difusión activa de gases dentro de fluidos contenidos en un recipiente cerrado o en cuerpos abiertos y más particularmente, se refiere a un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos por cavitación alimentada, con estructuras para difundir micro y nano burbujas de un flujo de gas, hacia zonas de vacio creadas por la cavitación controlada en la periferia de un impulsor dispuesto para permitir el llenado de las vacuolas creadas por el impulsor, en las que se generan presiones menores a la atmosférica provocando una auto succión hasta el punto de inyección, permitiendo un flujo continuo de gas, favoreciendo asi el intercambio de los gases hacia el fluido, asi como el desplazamiento del fluido gasificado generado por bombeo del mismo, cuyo flujo puede ser succionado de altas profundidades para ser gasificado.
Antecedentes de la Invención
El bombeo, mezclado y gasificación de fluidos se han realizado para diferentes procesos de manera diversa a lo largo de la historia, tales como la aireación de cuerpos de agua destinados a la cria de especies acuáticas, la gasificación de bebidas, el mezclado de fases inmiscibles, la síntesis de compuestos químicos, etcétera. Para ello, se han utilizado gran variedad de dispositivos que realizan al menos una o más de las funciones antes citadas; sin embargo, uno de los problemas principales a los que se enfrentan estos dispositivos es la eficiencia energética a razón del volumen bombeado, mezclado y/o gasificado, la cual es inversamente proporcional a la profundidad a la que se someta el dispositivo en el fluido que se requiere procesar, por lo que a grandes profundidades los equipos convencionales no pueden llevar cabo de manera eficiente ninguno de los procesos antes citados debido al aumento de la presión en las zonas profundas del fluido.
Otro de los problemas de los dispositivos actuales, es la cantidad de energía necesaria para la generación de un tamaño de burbuja estable a niveles micro o nano, ya que se requieren grandes velocidades de ingreso y altas presiones para generar un tamaño de burbuja estable. En los procesos típicos de generación de burbujas destinadas a gasificar un fluido, las burbujas están presurizadas, lo cual puede tener efectos no deseables, ya que el aumento de presión en el gas a ser inyectado en el fluido genera burbujas de distintos tamaños dependiendo de la profundidad de trabajo del equipo. Por lo regular los elementos utilizados para la creación de burbujas de tamaño muy pequeño son materiales sinterizados o porosos lo que los hace muy propensos a la obturación, resultando un bajo nivel de confiabilidad y altos costos de mantenimiento. A lo anterior hay que sumarle el hecho de que los dispositivos actuales no permiten modular el tamaño de la burbuja de gasificación de manera controlada al momento de ser inyectada al fluido, ya que su tamaño está supeditado a la apertura del poro de los materiales sinterizados o porosos. Otra de las limitantes de los equipos disponibles actualmente, es la carencia de medios para controlar de manera estratégica la posición y los niveles de profundidad del punto de succión del fluido para realizar el mezclado y/o gasificación, por lo que al carecer de dicha función, el proceso de gasificación de los dispositivos disponibles se limita únicamente al volumen de fluido que se encuentra sobre el área de acción de las burbujas.
Con el fin de superar las limitantes de los equipos destinados al bombeo, mezclado y gasificación de fluidos convencionales, se han desarrollado equipos gasificadores tales como el equipo descrito en la Patente US4066382A, la cual revela un impulsor para aireación de líquidos, que comprende un disco central de soporte con una pluralidad de palas de impulsor, que tiene una cubierta que crea una abertura sobre la superficie del disco para la entrada de aire. El arreglo de las palas del impulsor sigue un patrón radial con palas curvadas que deja una zona central libre para la aspiración de gases. Sin embargo, la aireación del fluido queda restringida solo a la superficie del mismo, ya que el impulsor solamente genera succión de gases a poca profundidad, por lo que dicho equipo no puede ser usado para gasificar estratos profundos de un fluido. Además, debido a la configuración de las palas no es posible controlar el tamaño de las burbujas de gas a ser difundidas en el fluido, por lo que la tasa de trasferencia de gases hacia el fluido en muy pequeña. La Solicitud de Patente US20060180949A1 describe un equipo de aireación que comprende un tubo de succión con una propela de aireación ubicada en su parte baja, un motor en su parte alta y una flecha de transmisión que conecta el impulsor al motor. El equipo es usado para aireación de aguas residuales durante los procesos de tratamiento biológico. En dicho equipo se muestra el uso de una tubería de conducción con una propela interna ubicada en su parte baja que succiona gases desde la superficie para inyectarlos en una cámara de mezclado en la que se difunden hacia el fluido. Sin embrago, debido al tipo de propela usada, el flujo de mezclado de gases es de tipo turbulento, por lo que no es posible controlar el tamaño de las burbujas creadas.Asimismo, debido a la configuración del equipo, éste disminuye significativamente su fuerza de succión a grandes profundidades, por lo que la succión de gases se detiene cuando la columna de agua en el tubo de succión central es muy alta. La Patente US6884353B2 protege un aparato de aireación, que comprende un impulsor giratorio que genera microburbujas a presión reducida. Dicho aparato, comprende una cámara superior que se llena de aire mediante el desplazamiento de un fluido contenido dentro de la misma, causado por la succión producida por el movimiento del impulsor inferior, de tal manera que cuando la cámara de aire está vacia, el gas ingresa hasta las palas del impulsor y es direccionado a través de micro perforaciones practicadas en las superficies de las palas del impulsor hacia el fluido, ingresando el aire de forma activa. Sin embargo, debido a que la cámara de aireación debe ser vaciada por completo del fluido para que empiece el proceso de aireación, el equipo está destinado a ser usado únicamente en las zonas superficiales del fluido. Además, debido a que las burbujas de gas se generan hacia la zona baja del impulsor, se difunden solo a una pequeña profundidad por lo que los sustratos bajos del fluido no entran en contacto con las burbujas de gas.
La Patente US5213718A describe un aireador para gasificar cuerpos de agua, que está constituido por una bomba centrifuga con un impulsor modificado para generar una zona de cavitación que succiona un flujo de gas a través de un tubo de ingreso cuya salida está ubicada por encima del nivel del agua. En dicha Patente, la zona de cavitación se genera en la parte superior del impulsor del equipo, por lo que el flujo de mezcla de gases es de tipo turbulento. Sin embargo, debido a la configuración del impulsor del aireador, se pierde mucha potencia de succión a grandes profundidades, por lo que el flujo de gas de ingreso disminuye significativamente con la profundidad. Aunado a ello, el tamaño de las burbujas de gas generadas no es constante debido al flujo turbulento creado en la zona de cavitación del impulsor.
La Patente US3630498A revela un equipo gasificador de líquidos que comprende un eje hueco con un propulsor de palas inferior que tiene una superficie porosa que permite la difusión de burbujas de un gas a presión en las proximidades de las palas. En dicho equipo, las burbujas de gas generadas facilitan el ascenso del liquido hacia la salida del equipo y además mejoran la difusión de gases. Sin embargo, debido a la presencia de la superficie porosa es necesaria la inclusión de un equipo que inyecte el gas a presión elevada, ya que la superficie porosa de las palas del propulsor genera una resistencia significativa que evita la difusión activa del gas.
Ninguno de los equipos antes mencionados, permite controlar de forma precisa el tamaño de la burbuja de gas a ser difundida en el fluido, y mucho menos permiten generar burbujas de gas a escala micro y nano. Adicionalmente, ninguno de los equipos antes descritos es capaz de trabajar a diferentes niveles de profundidad sin pérdidas significativas de la fuerza de succión el equipo.
En vista de la problemática anterior, existe la necesidad de proporcionar equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos que permita el control preciso del tamaño de las burbujas de gas a difundir en el fluido, a fin de mejorar los tiempos de retención de los gases para permitir una mejor difusión. Asimismo, existe la necesidad de proporcionar un equipo gasificador que pueda trabajar a distintas profundidades sin perder la fuerza de succión y conservando su capacidad de controlar el tamaño de las burbujas de gas a difundir en el fluido.
Sumario de la Invención
Con el fin de superar las limitantes de los equipos para gasificación existentes en el mercado, la presente invención tiene por objetivo proporcionar un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos que pueda succionar fluidos a gasificar desde cualquier profundidad sin sufrir pérdidas de potencia.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos que permita controlar el tamaño de las burbujas de gas inyectadas al fluido.
Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos con medios para la difusión de dos o más gases distintos hacia uno a más fluidos.
Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos que permita gasificar fluidos con flujos de gas a presión atmosférica independientemente de la profundidad de trabajo.
Los objetivos antes citados, asi como otros y las ventajas de la presente invención, vendrán a ser aparentes de la siguiente descripción detallada de la misma.
Descripción de las Figuras de la Invención
La figura 1, muestra una vista lateral del equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de la presente invención. La figura 2, muestra una vista lateral del recinto de aireación (5).
La figura 3, muestra una vista en perspectiva del corte lateral del recinto de aireación (5).
La figura 4, muestra un acercamiento del dispositivo de cavitación alimentada (4), con el primer y segundo discos (4.1 y 4.2) separados para mostrar sus estructuras internas.
La figura 5, muestra una vista superior y una vista lateral del dispositivo de cavitación alimentada (4) en la que se observan las estructuras externas del mismo.
Descripción Detallada de la Invención
La presente invención proporciona un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos, para fluidos libres o confinados, que puede ser usado a distintas profundidades sin perder fuerza de succión por lo que tiene la capacidad de bombear mezclas de fluidos gasificados a profundidades casi ilimitadas con la misma eficiencia energética que lo haría a niveles de muy baja profundidad, y que además permite controlar el tamaño de las burbujas de gas a difundir en el fluido, con la característica única de permitir una gasificación eficiente del fluido a niveles de presión atmosférica.
Para lograr lo anterior, el equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de la presente invención está compuesto por un actuador giratorio (1), un conducto exterior (2), una flecha giratoria hueca (3), un dispositivo de cavitación alimentada (4) y; un recinto de cavitación (5). Dichos componentes, asi como su función serán descritos de forma detallada a continuación:
Actuador giratorio
El actuador giratorio (1), es el elemento que genera la fuerza mecánica que pone en funcionamiento al equipo gasificador de la presente invención. Dicho actuador giratorio (1) puede seleccionarse de entre un motor eléctrico, un motor de combustión interna o una turbina. El actuador giratorio (1) tiene un eje de salida que sobresale de su cuerpo principal y puede estar opcionalmente acoplado a una caja de transmisión tal como por ejemplo una caja de engranajes para modificar el par de salida del eje. Asimismo, dicho actuador giratorio comprende un mecanismo selector de velocidad (no mostrado) que permite aumentar o disminuir el número de revoluciones por minuto (RPM) a las que funciona, de tal manera que el equipo gasificador se puede operar a distintas velocidades de trabajo.
Conducto exterior
El conducto exterior (2) funge como soporte vertical estructural del equipo y está constituido por al menos una sección cilindrica; una conexión de actuador giratorio
(2.1), la cual acopla y le da soporte mecánico al actuador giratorio (1) de forma estanca; al menos una conexión de gas
(2.2), ubicada en la parte superior del conducto exterior
(2), a través de la cual se alimenta un flujo de gas o gases procedentes de por ejemplo un compresor, una linea de conducción o tanques presurizados; al menos una válvula de regulación de gas (2.3), que conduce y regula el flujo de gas o gases procedentes de la al menos una conexión de gas
(2.2), estando dicha al menos una válvula de regulación de gas (2.3) restringida y regulada para establecer una relación especifica gas-fluido, para regular el tamaño de la burbuja generada por el equipo.
Flecha giratoria hueca
La flecha giratoria hueca (3) está dispuesta al interior del conducto exterior (2) y está conectada al eje de salida del actuador giratorio (1). Dicha flecha giratoria hueca (3) comprende al menos un orificio de entrada (3.1) ubicado en su parte superior para el ingreso del flujo de gas procedente del conducto exterior (2) y; al menos un orificio de salida
(3.2) ubicado en su parte inferior.
Dispositivo de cavitación alimentada
El dispositivo de cavitación alimentada (4) está conformado por un primer y un segundo discos (4.1 y 4.2), de caras planas o sustancialmente cónicas, que están conectados entre si por su cara interna. El primer y el segundo discos (4.1 y 4.2) comprenden cada uno un orificio central (4.3) a través del cual pasa la flecha giratoria hueca (3), acoplándose para trasmitir el movimiento de dicha flecha giratoria hueca (3) hacia dichos primer y segundo discos (4.1 y 4.2); una pluralidad de alabes internos en espiral (4.4) que parten desde el orificio central (4.3) formando una espiral de Fibonacci y terminan en el perímetro externo del primer y segundo disco (4.1 y 4.2) de tal manera que dichos alabes internos en espiral (4.4) forman una turbina interna que incrementa el impulso y velocidad de los gases procedentes del al menos un orificio de salida (3.2) de la flecha giratoria hueca (3), hacia una zona de vacio; una pluralidad de alabes externos en espiral (4.5) ubicados sobre la cara externa del primer y segundo discos (4.1 y 4.2), en las mismas posiciones relativas respecto a la pluralidad de alabes internos en espiral (4.4), dispuestos para impulsar el fluido a lo largo de las caras internas del recinto de aireación (5), que crea un flujo de un fluido con una trayectoria paralela al plano horizontal del dispositivo de cavitación alimentada (4); una pluralidad de mini hidro- alerones (4.6) ubicados en los extremos terminales de cada uno de los alabes externos en espiral (4.5) que generan con su desplazamiento radial, zonas de cavitación controlada (a) a lo largo de una trayectoria perpendicular al flujo del fluido, en las que se forman micro o nano burbujas de vacio que colisionan con el fluido impulsado por la pluralidad de alabes externos en espiral (4.5), generando un esparcimiento del fluido mezclado con las micro o nano burbujas de gas y; una pluralidad de orificios de salida (4.7) dispuestos en la pluralidad de mini hidro-alerones (4.6), que conectan la turbina interna formada por la pluralidad de alabes internos en espiral (4.4), con el perímetro exterior del primer y segundo discos (4.1 y 4.2), de tal manera que dicha pluralidad de orificios de salida (4.7) permiten la salida del flujo de gas hacia las zonas de cavitación controlada (a) alimentando las micro o nano burbujas de vacío formadas, de tal manera que se crean micro o nano burbujas de gas. En una modalidad preferida de la presente invención, la pluralidad de alabes externos en espiral (4.5) están separados entre si en la periferia, por una distancia de entre 20 y 60 mm en su extremo distal y, presentan una pendiente de entre 0 y 45 grados respecto a la horizontal y; cada uno de los extremos terminales de los alabes externos en espiral (4.5), comprende entre 3 y 10 mini hidro-alerones (4.6), que tienen una geometría curva que sigue la espiral de Fibonacci.
Recinto de aireación (5)
El recinto de aireación (5) tiene alojado en su interior a al menos un dispositivo de cavitación alimentada (4), y comprende una primera y una segunda carcasas (5.1 y 5.2) que pueden tener una forma seleccionada de una forma plana en su base o una forma sustancialmente cónica dependiendo de la geometría del al menos un dispositivo de cavitación alimentada (4), que forman junto con el dispositivo de cavitación alimentada (4) los conductos de flujo de agua hacia la zona de vacío, siendo la distancia entre el dispositivo de cavitación alimentada y las paredes internas de las carcasas (5.1 y 5.2) el mínimo necesario para evitar el rozamiento. Dichas primera y segunda carcasas (5.1 y 5.2) están conectadas entre sí por sus aberturas de mayor diámetro, mediante cuatro costillas (5.3), de tal manera que se forman cuatro cavidades de expulsión entre dichas primera y segunda carcasas (5.1 y 5.2), a través de las cuales se expulsa el flujo de fluido junto con las micro o nano burbujas de gas creadas; una primera y una segunda entradas de succión (5.4 y 5.5) de forma cilindrica, dispuestas en los costados de la primera y segunda carcasas (5.1 y 5.2) respectivamente, para la conexión de tomas de succión (5.6 y 5.7) a través de las cuales se succiona el fluido; un par de cojinetes de soporte (5.8 y 5.9) sujetados en la parte interna de las carcasas (5.1 y 5.2) por medio de una pluralidad de costillas con perforaciones (5.10), que permiten el libre tránsito de fluidos, diseñados para soportar la flecha giratoria hueca (3) y; un primer y un segundo orificios (5.11 y 5.12) ubicados en las caras superiores de la primera y segunda carcasas (5.1 y 5.2) respectivamente, estando el primer orificio (5.11) conectado al conducto exterior (2), sellando el extremo inferior de dicho conducto exterior (2) para permitir la succión del fluido desde la primera entrada de succión (5.4), mientras que el segundo orificio (5.12) está sellado con una tapa para permitir la succión del fluido desde la segunda entrada de succión (5.5).
En funcionamiento, el equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de la presente invención, genera un flujo de succión central a través de la flecha giratoria hueca (3), que aspira de forma activa el flujo de gas hacia los canales de flujo de gas formados por la pluralidad de alabes internos en espiral (4.4) del dispositivo de cavitación alimentada (4), el cual sale a través de la pluralidad de orificios de salida (4.7) por la succión creada por las zonas de cavitación generadas por el movimiento de la pluralidad de mini hidro-alerones (4.6), llenando de esta forma las burbujas de vacio (vacuolas) creadas por la cavitación. Debido a que la zona de cavitación se genera únicamente en la proximidad de la pluralidad de orificios de salida (4.7), la zona de vacio crea una barrera y al mismo tiempo una compuerta, entre la parte interna del dispositivo y la presión hidrostática externa generada por el fluido, permitiendo la entrada de los gases con baja presión hacia la zona de alta presión hidrostática (dependiendo de la profundidad) . Esa zona de vacio recibe el impacto hidráulico del fluido que es succionado por la misma zona e impulsado adicionalmente por los alabes externos en espiral (4.5) generando un esparcimiento y desprendimiento de las burbujas creadas en dicha zona para dar cavidad a las siguientes burbujas permitiendo el siguiente ciclo de expulsión radial de burbujas. Además, ya que el flujo de fluido creado por la pluralidad de alabes externos en espiral (4.5) es dirigido directamente a las zonas de cavitación, se mejora de forma significativa el contacto de las burbujas con el flujo generado sin disminuir la fuerza de succión del equipo. Además, debido a la configuración del equipo antes expuesta, es posible controlar el tamaño de las burbujas generadas regulando el volumen del flujo de gas admitido a través de la válvula de control (2.3), el volumen de fluido admitido al recinto de aireación (5) y la velocidad de giro del dispositivo de cavitación alimentada (4).
En una modalidad preferida de la presente invención, el equipo de gasificación es un equipo flotante con medios autónomos para la generación de energía. En esta modalidad el equipo comprende además una base flotante que brinda la flotabilidad suficiente para sostener el peso completo del equipo. Dicha base flotante tiene dispuesto en su parte superior un panel solar, que genera energía eléctrica que es suministrada a una batería que se usa para alimentar el actuador giratorio (1), de tal manera que el equipo pueda ser usado para la aireación de estanques abiertos.
En una modalidad adicional de la presente invención, el equipo gasificador comprende una pluralidad de recintos de cavitación (5) que alojan una misma cantidad de dispositivos de cavitación alimentada (4), estando dichos recintos de cavitación (5) apilados de manera vertical en el extremo de la flecha giratoria hueca (3), de forma que se aumenta la tasa de mezclado del equipo.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Un equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos para fluidos, caracterizado porque comprende: · un actuador giratorio (1) con un eje de salida y un mecanismo selector de velocidad para controlar el número de revoluciones por minuto (RPM) a la que funciona dicho actuador giratorio (1);
• un conducto exterior (2), que tiene un recinto de recepción (2.1), dispuesto en su parte superior, adaptado para recibir al actuador giratorio (1) de forma estanca y; una o más entradas de gases (2.2) ubicada por debajo del recinto de recepción (2.1), con una válvula de control (2.3) para el control de un flujo de gas o para el control de la proporción de una mezcla de gases que ingresa al interior del conducto exterior (2);
• una flecha giratoria hueca (3) ubicada al interior del conducto exterior (2) y conectada al eje de salida del actuador giratorio (1), que tiene al menos un orificio de entrada (3.1) ubicado en su parte superior para el ingreso del flujo de gas procedente del conducto exterior (2) y; al menos un orificio de salida (3.2) ubicado en su parte inferior para permitir la salida del flujo de gas;
• al menos un dispositivo de cavitación alimentada (4), con un primer y un segundo discos (4.1 y 4.2) de caras planas o sustancialmente cónicas, que están conectados entre si por su cara interna, cada uno de los cuales tiene un orificio central (4.3) a través del cual pasa la flecha giratoria hueca (3) acoplándose para trasmitir el movimiento de dicha flecha giratorio hueca (3) hacia dichos primer y segundo discos (4.1 y 4.2); una pluralidad de alabes internos en espiral (4.4) que forman un impulsor interno o turbina, que parten desde el orificio central (4.3) y terminan en el perímetro externo de los primer y segundo discos (4.1 y 4.2), de tal manera que forma una pluralidad de canales que impulsan el flujo de gas procedente del al menos un orificio de salida (3.2) de la flecha giratoria hueca (3); una pluralidad de alabes externos en espiral (4.5) ubicados sobre la cara externa de los primer y segundo discos (4.1 y 4.2), en las mismas posiciones relativas respecto a la pluralidad de alabes internos en espiral (4.4) dispuestos para impulsar el fluido a lo largo de las caras internas del recinto de aireación (5), creando un flujo de un fluido con una trayectoria paralela al plano horizontal del al menos un dispositivo de cavitación alimentada (4); una pluralidad de mini hidro-alerones (4.6) ubicados en los extremos terminales de cada uno de los alabes externos en espiral (4.5), para generar zonas de cavitación controlada (a) a lo largo de una trayectoria perpendicular al flujo del fluido, en las que se forman micro o nano burbujas de vacío y; una pluralidad de orificios de salida (4.7) dispuestos en la pluralidad de mini hidro-alerones (4.6), que conectan los canales de flujo de gas formados por la pluralidad de alabes internos en espiral (4.4) con las zonas de cavitación controlada (a) generadas en el perímetro exterior del primer y segundo discos (4.1 y 4.2), de tal manera que dicha pluralidad de orificios de salida (4.7) permiten la salida del flujo de gas hacia las zonas de cavitación controlada (a) alimentado las micro o nano burbujas de vacío formadas, de tal manera que se crean micro o nano burbujas de gas y; • un recinto de aireación (5) en el que está alojado el al menos un dispositivo de cavitación alimentada (4), que tiene una primera y una segunda carcasas (5.1 y 5.2) que pueden tener una forma seleccionada de una forma plana en su base o una forma sustancialmente cónica dependiendo de la geometría del al menos un dispositivo de cavitación alimentada (4), y están conectadas entre sí por sus aberturas de mayor diámetro, mediante cuatro costillas (5.3), de tal manera que se forman cuatro cavidades de expulsión entre dichas primera y segunda carcasas (5.1 y 5.2) a través de las cuales se expulsa el flujo de fluido junto con las micro o nano burbujas de gas creadas; una primera y una segunda entradas de succión (5.4 y 5.5) de forma cilindrica, dispuestas sobre la primera y segunda carcasas (5.1 y 5.2) respectivamente, con orificios de entrada para la conexión de tomas de succión (5.6 y 5.7) a través de las cuales se succiona el fluido; un par de cojinetes de soporte (5.8 y 5.9) sujetados en la parte interna de las carcasas (5.1 y 5.2) por medio de una pluralidad de costillas con perforaciones (5.10) que permiten el libre tránsito de fluidos, diseñados para soportar la flecha giratoria hueca (3) y; un primer y un segundo orificios (5.11 y 5.12) ubicados en las caras superiores de las primera y segunda carcasas (5.1 y 5.2) respectivamente, estando el primer orificio (5.11) conectado al conducto exterior (2), sellando el extremo inferior de dicho conducto exterior (2) para permitir la succión del fluido desde la primera entrada de succión (5.4), mientras que el segundo orificio (5.12) está sellado con una tapa para permitir la succión del fluido desde la segunda entrada de succión (5.5).
2.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el actuador giratorio (1), se selecciona del grupo consistente en un motor eléctrico, un motor de combustión interna y una turbina.
3.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el eje de salida del actuador giratorio (1) está acoplado a una caja de transmisión con un eje de salida secundario y; la flecha giratoria hueca (3) está conectada por su extremo superior al eje de salida secundario de la caja de transmisión para modificar su par de salida.
4.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la pluralidad de mini hidro- alerones (4.6) comprende entre 3 y 10 mini hidro-alerones (4.6) en cada uno de los extremos terminales de los alabes externos en espiral (4.5).
5.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la pluralidad de alabes externos en espiral (4.5) comprende entre 12 y 20 alabes externos en espiral (4.5).
6.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque, la pluralidad de alabes externos en espiral (4.5) están separados entre si por una distancia de entre 20 y 60 mm en su extremo distal.
7.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque la pluralidad de alabes externos en espiral (4.5) tienen una pendiente de entre 0 y 45 grados.
8.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una base flotante para brindar flotabilidad suficiente y sostener el peso del equipo, que tiene un panel solar dispuesto en su parte superior para generar energía eléctrica que es suministrada a una batería que se usa para alimentar al actuador giratorio (1)·
9.- El equipo de gasificación, bombeo y mezclado de fluidos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una pluralidad de recintos de cavitación (5) que alojan una misma cantidad de dispositivos de cavitación alimentada (4), estando dichos recintos de cavitación (5) apilados de manera vertical en el extremo de la flecha giratoria hueca (3).
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