WO2023115178A1

WO2023115178A1 - Método e sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão

Info

Publication number: WO2023115178A1
Application number: PCT/BR2022/050419
Authority: WO
Inventors: Davi Francisco Caetano Dos Santos; Robson BAPTISTA GAMA
Original assignee: Robert Bosch Limitada
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2023-06-29

Abstract

A presente invenção refere-se a um método e sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, principalmente para cilindros portadores de GLP, mas não limitados a este tipo de aplicação. O referido método e sistema detecta, a partir da utilização de aferição de parâmetros de leitura de campo magnético, se houve troca de recipientes armazenadores de fluidos a partir de movimentação em torno do recipiente armazenador, sendo robusto a choques mecânicos e eficiente eletricamente.

Description

“MÉTODO E SISTEMA DE DETECÇÃO DE TROCA DE RECIPIENTES ARMAZENADORES DE FLUIDOS SOB PRESSÃO”

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001 ]A presente invenção refere-se a um método e sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, principalmente para cilindros portadores de GLP, mas não limitados a este tipo de aplicação.

[0002]0 referido método e sistema detecta, a partir da aferição de campo eletromagnético, se houve troca de recipientes armazenadores de fluidos de maneira robusta e eficiente eletricamente.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0003]No Brasil, onde a maioria das residências não possuem gás encanado, a utilização de botijões de gás de cozinha se tornou produto de primeira necessidade na vida das pessoas, que os utiliza como fonte de energia primária no dia a dia.

[0004]Tal popularização no uso de gás engarrafado em um recipiente armazenador de fluido sob pressão, ou comumente chamado botijão, se deu por consequência direta do desastre do dirigível Hindenburg (também conhecido como Zeppelin), que pegou fogo quando se preparava para descer em New Jersey, nos Estados Unidos, em 1937. Com falta de confiança neste tipo de transporte, o propano estocado em uma base de dirigíveis no Rio de Janeiro acabou se tornando dispensável. Desta maneira, o imigrante austríaco Ernesto Igel criou a Empresa Brasileira de Gás a Domicílio Ltda. para aproveitar este excedente de gás e vende-lo de forma engarrafada.

[0005]0 gás de cozinha utilizado hoje no Brasil é do tipo gás liquefeito de petróleo (ou GLP). Este derivado do petróleo é definido como a mistura formada majoritariamente por moléculas de hidrocarbonetos contendo de três a quatro átomos de carbono que, embora gasoso na condição normal de temperatura e pressão (mais conhecido como CNTP), podem ser liquefeitos por resfriamento ou compressão. [0006]Desta maneira, o gás GLP é comumente armazenado e comercializado em recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, tais vasilhames chamados comumente de botijões, por serem facilmente transformados em líquidos sob pressão. Os botijões possuem desta forma pressão interna de 6 a 8 vezes maior que a atmosférica.

[0007]A composição média do gás GLP é de 31 ,76% de butenos, 30,47% de propeno, 23,33% de butanos, 14,34% de propano, 0,3% de etano e 0,07% de pentanos, existindo variações nesta composição dependendo da fonte de suprimento. Esta mistura gasosa tem quase o dobro da densidade do ar, onde o butano sozinho é quase três vezes mais denso, de modo que se houver um vazamento, a tendência é que o gás se acumule próximo ao chão. Isso o torna especialmente perigoso se não for percebido, pois o butano expulsa o ar respirável daquela região e levando à asfixia - além de explosão caso alguma fonte de ignição seja acionada. Assim o marcador olfativo mais utilizado é o etanotiol, com a finalidade de atribuir cheiro e não afetar as propriedades do gás, já que o olfato humano é capaz de perceber uma parte em outras 2,8 bilhões de partes de ar.

[0008]Além de ser de fácil transporte por suas características de liquefação em alta pressão, o gás GLP possui um alto poder calorífico, excelente qualidade de queima e principalmente baixo impacto ambiental por sua baixa emissão de poluentes. Comparando o CO2 liberado durante a queima do carvão ou de outro combustível fóssil que gere resíduos com a do GLP, existe um nível bem menor de emissão, além de que seu poder calorífico é superior - com menos gás é possível obter a mesma quantidade de calor, auxiliando na preservação ambiental pois 0 CO2 é um dos gases causadores do efeito estufa e do aquecimento global.

[0009]0 uso do gás GLP na queima no fogão depende da evaporação do líquido pressurizado. Desta maneira, é necessário um volume “vazio” dentro do recipiente armazenador, que na verdade existe vapores em equilíbrio com 0 líquido, que permite a expansão do gás (comumente chamado de volume morto). Os botijões são cheios até 85% de sua capacidade, reservando os 15% para esta expansão. A coexistência do GLP em forma líquida e gasosa dentro do interior do botijão é possível graças a pressão de vapor saturado (pvs), que varia dependendo da composição do gás e da temperatura, de acordo com a equação de Clausius- Clapeyron (que é utilizada para caracterizar uma transição de fase descontínua entre duas fases de matéria de um único constituinte).

[0010]0utro fator levado em consideração é a taxa de evaporação. Ela é maior a medida que a superfície de contato entre o líquido e as paredes do botijão é maior, assim com o botijão cheio a taxa de evaporação é muito maior que em um botijão com um quarto da capacidade inicial.

[0011]Dependendo de sua aplicação, seja em residências, restaurantes ou outros comércios do ramo alimentício, o botijão de gás apresenta diferentes tipos e tamanhos. Esses modelos são classificados baseados em seu peso em quilogramas e acrescentando a letra “P” de prefixo, como por exemplo os botijões P5, P8, P13, P20, P45, P90 e assim sucessivamente - cada um com características de aplicação diferentes conforme exemplos a seguir.

[0012]Os botijões do tipo P5, P8 e P13 são voltados para o uso doméstico, tanto residencial quanto para camping ou atividades que necessitem mobilidade. Como o próprio nome diz, o peso de cada um é 5kg, 8kg e 13kg, possuindo respectivamente diâmetro de 272mm, 300mm e 360mm, e com altura de 341 mm, 464mm e 476mm. A taxa de vaporização em 20°C é de 0,4kg por hora para o P5, 0,5kg por hora para o P8 e 0,6kg por hora para o P13. Eles possuem um dispositivo de segurança chamado de plugue fusível onde, quando exposto a temperaturas entre 70°C e 77°C, o dispositivo derrete liberando o gás interno para aliviar a pressão e evitar a explosão.

[0013]O botijão P20 é mais comumente utilizado em empilhadeiras e para balonismo, possuindo peso de 20kg. Seu diâmetro é de 310mm com 878mm de altura, e seu sistema de segurança é uma válvula de funcionamento manual que através de atuação do usuário, libera o gás para evitar explosões.

[0014]Já o botijão P45, que possui peso de 45kg, é mais indicado para uso industrial, bares, restaurantes e lanchonetes, podendo também ser utilizado para atividades de balonismo. Ainda é possível ser adotado em ambientes residenciais quando existe um consumo maior, como por exemplo aquecedores e chuveiros a gás, sendo assim considerado pouco eficiente o uso do tradicional P13. Possui diâmetro de 376,5mm e altura de 1299mm, com vaporização em 20°C de 1 kg por hora.

[0015]O botijão do tipo P90 é também indicado para uso industrial, além de restaurantes, farmácias, balonismo e hospitais. Seu diâmetro é de 556mm e altura de 1203,5mm, possuindo vaporização em 20°C de 1 kg por hora.

[0016]Tais vasilhames precisam oferecer uma resistência mecânica para impactos durante o transporte, além de suportar uma pressão interna de aproximadamente 17 kgf/cm². O material utilizado na sua fabricação é o aço, que passa por diversas manipulações e soldagens para sua montagem, além do chamado tratamento térmico onde a peça é aquecida para aliviar a tensão do aço e prover um melhor arranjo possível de suas moléculas ganhando dureza e resistência. Após o aquecimento e resfriamento total dos recipientes, eles recebem a válvula de segurança, que serve para expelir o gás no caso de aquecimento do ambiente onde o recipiente está instalado, e por fim uma pintura anticorrosiva.

[0017]Para empresas fornecedoras e distribuidoras de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, é de grande interesse a detecção se um vasilhame foi trocado ou não. Desta maneira, é possível monitorar o evento, seja por motivos de fornecimento de um novo, seja por motivo de segurança.

[0018]O documento patentário GB2486018 descreve um monitor de deflexão de fornecimento de gás médico, adaptado para acoplar a um recipiente de gás pressurizado para fornecimento a um paciente humano ou animal, monitorando o fornecimento de gás no recipiente. No presente dispositivo descrito no documento, se encontra um sensor de movimento, tal como giroscópio, acelerômetro e sensor de vibração, que objetiva detectar movimentação de paciente, principalmente para avaliar riscos médicos e chamar atenção se há necessidade tal movimentação. Tal de movimentação exige movimentos bruscos e deslocamentos que se tome detecção pelo dispositivo, não levando em consideração pequenos movimentos, como rosqueamento para troca de cilindro, além de possuir um grande consumo energético.

[0019]Com base neste cenário, visando mitigar as limitações técnicas observadas, surge a presente invenção. Objetivos da Invenção

[0020]Assim, a presente invenção tem por objetivo principal revelar um método e sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, principalmente para cilindros portadores de GLP, mas não limitados a este tipo de aplicação.

[0021]Adicionalmente, é objetivo da presente invenção prover um método e sistema detecta se houve troca de recipientes armazenadores de fluidos, como cilindros e botijões.

[0022]Ainda, a presente invenção tem por objetivo revelar um método e sistema que detecta se houve troca a partir do uso de um leitor de campo magnético.

[0023]Ademais, é objetivo da presente invenção apresentar um método e sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão imune a ruídos e choques mecânicos, e com grande eficiência energética.

Sumário da Invenção

[0024]Todos os objetivos acima mencionados são alcançados por meio do método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão compreendido pelas as etapas de: obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético associada a pelo menos um recipiente armazenador, identificar por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definir limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento, processar os sinais obtidos por pelo menos uma unidade de processamento e identificar se houve a troca de pelo menos um recipiente armazenador. [0025]Adicionalmente, é provido um método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende o fato de que existe uma etapa intermediária entre a etapa de. obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético associada a pelo menos um recipiente armazenador e identificar por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definir limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento, que compreende separar somente a componente normal à superfície dos três eixos espaciais do sinal obtido sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético por meio de pelo menos uma unidade de processamento.

[0026]De acordo com as premissas fundamentais da invenção em questão, o método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende o fato de que existe uma etapa intermediária entre a etapa de obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético associada a pelo menos um recipiente armazenador e identificar por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definir limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento, que compreende realizar a soma dos valores reais dos três eixos espaciais do sinal obtido sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético por meio de pelo menos uma unidade de processamento.

[0027]Ademais, na presente invenção é proposto um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão compreendido por: pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético associada a pelo menos um recipiente armazenador e pelo menos uma unidade de processamento.

[0028]Ainda, no sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende ainda pelo menos uma unidade de interface.

[0029]Ademais, o sistema aqui proposto compreende ainda pelo menos uma unidade de entrada.

[0030]Por fim, o sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende também o fato de que o dispositivo é associado a pelo menos um recipiente armazenador por pelo menos uma válvula.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0031 ]A concretização preferencial da invenção em questão é detalhadamente descrita com base nas figuras listadas, as quais:

[0032]A figura 1 ilustra um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão instalado em um recipiente armazenador.

[0033]A figura 2 ilustra um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão juntamente com a válvula reguladora de pressão.

[0034]A figura 3 ilustra o recipiente armazenador de fluido sob pressão dotado de um dispositivo associado a válvula reguladora de pressão.

[0035]A figura 4 ilustra o dispositivo do sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão em função das coordenadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0036]De acordo com os objetivos gerais da invenção em questão, o método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão compreende as etapas de: obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético 1 associada a pelo menos um recipiente armazenador 7, identificar por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definir limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento 2, processar os sinais obtidos por pelo menos uma unidade de processamento 2 e identificar se houve a troca de pelo menos um recipiente armazenador 7.

[0037]Assim, obtém-se um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético 1 associado a pelo menos um recipiente armazenador 7, utilizando um período amostrai pré determinado, de maneira a monitorar durante toda a utilização do recipiente. O período amostrai é relevante também do ponto de vista de consumo energético, ou seja, para dispositivos embarcados (ou loT “Internet of Things”, “internet das coisas”) com larga autonomia monitorar a grandeza pressão de maneira continua é inviável devido a característica do elemento sensitivo. Para que o sinal recebido não sofra interferências externas e não seja susceptível a pequenas variações, é identificado por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definido limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento 2. Tal algoritmo pode executar por meio de filtragem de sinal (filtros passa alta), alternativamente por meio de médias móveis simples ou ainda qualquer algoritmo que seja capaz de retirar o ruido da medição, definir uma média e limiares de variação que fugam de um comportamento padrão de medição normalizado.

[0038]Com o sinal normalizado, a unidade de processamento 2 processa os sinais obtidos e identificar se houve a troca de pelo menos um recipiente armazenador 7. Assim, sinais acima de um determinado limiar e respeitando um comportamento conhecido para desacoplamento da unidade de aferição de campo magnético 1 que, conforme ilustrado na figura 1 , preferencialmente está associado a um dispositivo 6, que por sua vez esta associado a uma válvula 4 que é acoplada no recipiente de armazenador 7. A massa do recipiente armazenador 7 interfere na leitura da unidade de campo magnético 1 , ou magnetômetro, onde o distanciamento e o desacoplamento da válvula 4 por meio da borboleta 5, caracteriza os sinais obtidos fora de um limiar definido que indica que houve a troca do recipiente - choques mecânicos e pequenas movimentações não interferem na detecção. A figura 2 ilustra o dispositivo 6 juntamente com a válvula 4 e a figura 3 a disposição do dispositivo 6 na parte superior do recipiente armazenador 7.

[0039]Ainda, o método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão compreende o fato de que existe uma etapa intermediária entre a etapa de obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético 1 associada a pelo menos um recipiente armazenador 7 e a etapa de identificar por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definir limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento 2 que compreende separar somente a componente normal à superfície dos três eixos espaciais do sinal obtido sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético 1 por meio de pelo menos uma unidade de processamento 2. Desta maneira o método separa somente o componente perpendicular y ao plano em que se encontra o recipiente armazenador 7, o método simplifica o processamento para somente um sinal, levando em consideração somente o eixo que seria o mais afetado no movimento de desacoplamento do dispositivo 6 a partir da válvula 4 com o afastamento da massa do dispositivo armazenador 7, em uma construção preferencial. Assim, a componente perpendicular a ser processada pelos algoritmos digitais de sinais que definirão os limiares de detecção se tornaria robusta a choques mecânicos, uma vez que o próprio funcionamento da unidade de aferição de campo magnético 1 é relacionado à mensuração relacionada ao campo magnético da terra. A figura 4 ilustra o dispositivo do sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão em função das coordenadas x, y e z.

[0040]Ainda, o método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão compreende o fato de que existe uma etapa intermediária entre a etapa de obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético 1 associada a pelo menos um recipiente armazenador 7 e a etapa de identificar por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definir limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento 2 que compreende realizar a soma dos valores reais dos três eixos espaciais do sinal obtido sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético 1 por meio de pelo menos uma unidade de processamento 2. Realizando a soma dos sinais dos três eixos (x,y e z) obtidos a partir da unidade de aferição de campo magnético 1 , o método cria uma robustez e simplificação do processamento, uma vez que transformaria em uma grandeza só a ser processada pelos algoritmos digitais de sinais que definirão os limiares de detecção, onde que choques mecânicos e interferências eletromagnéticas ou qualquer pequena movimentação passam imunes pelo próprio funcionamento da unidade de aferição de campo magnético 1 que mensura o campo magnético da terra, detectando somente quando há afastamento do dispositivo 6 junto a válvula 4, que contém a unidade de aferição de campo magnético 1 em uma construção preferencial, mensurando a não influencia da massa do recipiente armazenador 7.

[0041]Adicionalmente é proposto um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, que compreende: pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético 1 associada a pelo menos um recipiente armazenador 7 e pelo menos uma unidade de processamento 2. Conforme a figura 1 que ilustra, em uma construção preferencial, a unidade de aferição de campo magnético 1 , que pode ser algum dispositivo como um magnetrômetro ou qualquer dispositivo que consiga aferir as coordenadas magnéticas da terra, associada a um recipiente armazenador 7 por meio de um dispositivo 6 associado a uma válvula 4. Alternativamente outros arranjos poderiam ser utilizados, desde que propondo uma movimentação padrão da unidade de aferição de campo magnético 1 que consista na troca do recipiente na qual ela está associada.

[0042]Ainda, o sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende pelo menos uma unidade de interface 3. Tal interface pode proporcionar comunicação com dispositivos externos, podendo operar em algum protocolo de comunicação (como serial, wifi, bluetooth, LoRa , etc.), que proporcionaria também um processamento de dados externo, seja em uma rede ou “na nuvem” na rede mundial de computadores. Alternativamente a unidade de interface 3 pode realizar a interface com o usuário, por meio de um ecrã ou interface homem máquina, ou alternativamente ambos.

[0043]Por fim, o sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende pelo fato de que o dispositivo 6 é associado a pelo menos um recipiente armazenador 7 por pelo menos uma válvula 4. Preferencialmente o a unidade de aferição de campo é associada no dispositivo 6, que por sua vez é associado ao recipiente armazenador 7 por meio de uma válvula 6, conforme ilustrado pela figura 3. Alternativamente outras maneiras que proporcionem a detecção de movimento de desacoplamento da válvula 4, que cause não interferência da massa do recipiente armazenador 7 na aferição do campo magnético para sua detecção, podem ser considerados para alocação do presente sistema.

[0044]É importante ressaltar que a descrição acima tem como único objetivo descrever de forma exemplificative a concretização particular da invenção em questão. Portanto, torna-se claro que modificações, variações e combinações construtivas dos elementos que exercem a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados, continuam dentro do escopo de proteção delimitado pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 . Método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:

1. obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético (1 ) associada a pelo menos um recipiente armazenador (7); ii. identificar por meio de algoritmos de processamento digital de sinais e definir limiares de detecção por pelo menos uma unidade de processamento (2); iii. processar os sinais obtidos por pelo menos uma unidade de processamento (2); iv. identificar se houve a troca de pelo menos um recipiente armazenador (7).

2. Método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, de acordo com a reivindicação 1 , CARACTERIZADO pelo fato de que existe uma etapa intermediária entre a etapa i. e ii. que compreende separar somente a componente normal à superfície dos três eixos espaciais do sinal obtido sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético (1) por meio de pelo menos uma unidade de processamento (2).

3. Método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, de acordo com a reivindicação 1 , CARACTERIZADO pelo fato de que existe uma etapa intermediária entre a etapa i. e ii. que compreende realizar a soma dos valores reais dos três eixos espaciais do sinal obtido sinal de pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético (1) por meio de pelo menos uma unidade de processamento (2).

4. Sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: pelo menos uma unidade de aferição de campo magnético (1) associada a pelo menos um recipiente armazenador (7); pelo menos uma unidade de processamento (2).

5. Sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda pelo menos uma unidade de interface (3).

6. Sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo (6) é associado a pelo menos um recipiente armazenador (7) por pelo menos uma válvula (4).