WO2024086906A1

WO2024086906A1 - Dispositivo para identificação de fluidos

Info

Publication number: WO2024086906A1
Application number: PCT/BR2023/050356
Authority: WO
Inventors: Fernando Lepsch
Original assignee: Robert Bosch Limitada
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2023-10-17
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Dispositivo para identificação de fluidos que permite uma detecção mais aprimorada de fluidos em geral, mas também de combustíveis, considerando não apenas substâncias homogêneas ou combustível especificados por norma, mas também misturas entre os combustíveis (misturas entre gasolina e etanol) e também misturas entre o combustível determinado por norma (gasolina, etanol e diesel) com outros fluídos, como água, solventes, metanol e outros, além de indicar qual o tipo de combustível foi adulterado, incluindo o percentual do fluído/substância de adulteração.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “DISPOSITIVO PARA IDENTIFICAÇÃO DE FLUIDOS”

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para identificação de fluidos no interior de um recipiente, através de um elemento resistivo associado a uma unidade de controle, preferencialmente utilizados para identificar fluidos em sistemas abertos ou pressurizados, veiculares, instalações industriais e/ou comerciais, ou ainda em laboratórios.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Um dos maiores desafios que existe é tentar identificar a pureza, a composição de fluidos homogêneos, tais como líquidos, ou ainda qual fluido está em um determinado recipiente ou sistema.

[0003] Um exemplo de situações assim é tentar identificar marcas de bebidas meramente observando os aspectos visuais, sabor ou cheiro do líquido em si, onde as marcas concorrentes tentam se aproximar ao máximo da marca líder de mercado para tirar proveito, em uma espécie de concorrência parasitária.

[0004] Uma outra situação em que é extremamente difícil saber identificar o líquido é no abastecimento de veículos. Muitos postos de combustível, para ludibriar os seus clientes e maximizar seus lucros, adulteram o combustível adicionando solventes ou uma quantidade de etanol acima da estipulada por lei.

[0005] Conhecida popularmente como “gasolina batizada”, a gasolina adulterada é aquela que passa por um processo de alteração do seu estado original. Ou seja, é quando outros solventes mais baratos são misturados ao combustível. Entre eles está o álcool (etanol) hidratado, que é usado com frequência para este fim. No entanto, segundo a Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), órgão brasileiro que tem a finalidade de promover a regulação, a contratação e a fiscalização das atividades econômicas integrantes da indústria do petróleo, do gás natural e dos biocombustíveis, a porcentagem permitida de etanol anidro na composição da gasolina é de até 27%. E o que alguns postos fazem é criar a mistura com uma quantidade bem superior a isso.

[0006] Mesmo que muitas pessoas não saibam ou pensem que é possível adulterar somente a gasolina, o etanol pode ser adulterado por dois modos. O primeiro deles, e mais comum, é feito por se adicionar mais água ao etanol hidratado, ultrapassando o limite especificado dentro da lei. Apesar de ser visualmente imperceptível, altera e prejudica o rendimento do veículo. Outro método de adulterar o etanol é adicionando água no álcool anidro, o mesmo da mistura obrigatória na gasolina. Atualmente, o álcool anidro tem um corante laranja justamente para dificultar essa adulteração. Por isso, o álcool combustível deve ser incolor. Além dessas formas, pode-se adulterar o etanol pela adição de solventes, metanol ou outras substâncias.

[0007] Em alguns países, sobretudo no mercado brasileiro, tornou- se muito popular o uso de motores que podem funcionar com dois combustíveis diferentes. Os motores bicombustíveis podem funcionar com gasolina e etanol, ou qualquer mistura entre ambos. Nestes chamados motores flex ou flex fuel, uma vantagem desejada é que o sistema reconheça o combustível tanque para que o gerenciamento eletrônico do veículo possa ajustar os parâmetros do motor ao combustível utilizado.

[0008] A necessidade de se instalar um sensor de combustível para que o gerenciamento do sistema de injeção possa controlar o fluxo de combustível de maneira apropriada se faz necessária. Como a relação ar/combustível é diferente para cada tipo de combustível, identificar o combustível corretamente faz com que o motor tenha uma combustão sempre próximo da relação estequiométrica, através do ajuste da abertura e fechamento das válvulas de injeção de combustível. Caso esse reconhecimento do combustível não seja feito de maneira adequada, o funcionamento do motor pode ser comprometido, assim como danificar alguns componentes. No caso de fornecer mais combustível que o necessário, pode-se diminuir a eficiência do motor e aumentar a quantidade de gases poluentes. No caso de fornecer combustível numa quantidade menor que o necessário, o motor pode falhar ou “engasgar”, ou mesmo a parar de funcionar.

[0009] Adicionalmente, existe no mercado a ocorrência de adulteração de combustível. O uso de combustível com outras substâncias pode diminuir a eficiência do motor e gerar desgaste prematuro dos componentes, e num pior caso, quebra dos componentes.

[0010] Os sensores atuais disponíveis no mercado, são de alto custo e tem baixa precisão de identificação do combustível

[0011] Portanto a identificação do combustível é de fundamental importância para o correto funcionamento do motor.

[0012] Ainda dentro das soluções já existentes, já existem algumas soluções de sensores de combustível. O documento de patente PI0800192-8 revela um sensor de etanol existente, que utiliza o sistema de aquecimento para identificar o teor de etanol combustível é feito através da medição da corrente do aquecedor. Pelo elemento PTC do aquecedor, a corrente se estabiliza em diferentes níveis para cada combustível, devido às propriedades físicas térmicas de cada combustível.

[0013] Outro documento de patente existente é o PI0701674-3, que revela outra classe de sensor de etanol que utiliza o dispositivo de partida de aquecimento para vaporizar o combustível dentro de um volume definido pela câmara de aquecimento. [0014] Uma variante do sensor de etanol, utilizando sistema de aquecimento, identifica o combustível através do fluxo de calor crítico está descrito na patente P11015785-9.

[0015] Ainda, em outra variante, o documento de patente BR1 02016009975-7 revela um sensor que identifica o combustível através da variação de pressão.

[0016] Como pode ser visto, as soluções anteriores possuem uma série de limitações, como o uso exclusivo em motores e a imprecisão quanto à identificação.

[0017] Nesse sentido, nenhuma das presentes soluções resolve o problema de identificar se um determinado fluido é puro, misturado blending) ou adulterado, mesmo quando homogêneo com elevadíssimo grau de acurácia ou precisão, e ainda com a polivalência de ser aplicável em sistemas abertos ou pressurizados, motores em geral, veículos, instalações industriais e/ou comerciais, ou ainda em bancadas de laboratórios e controles de qualidade.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0018] A presente invenção tem como objetivo prover um dispositivo para identificação de fluidos que permite uma detecção mais aprimorada de fluidos em geral, mas também de combustíveis, considerando não apenas substâncias homogêneas ou combustível especificados por norma, mas também misturas entre os combustíveis (misturas entre gasolina e etanol) e também misturas entre o combustível determinado por norma (gasolina, etanol e diesel) com outros fluídos, como água, solventes, metanol e outros, além de indicar qual o tipo de combustível foi adulterado, incluindo o percentual do fluído/substância de adulteração.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0019] Visando solucionar o problema técnico apresentado e superar os inconvenientes do estado da técnica, a presente invenção tem como objetivo prover um dispositivo para identificação de fluidos que compreende

• pelo menos um elemento aquecedor fluidamente associável a pelo menos um fluido;

• pelo menos um recipiente dotado de uma região interna que inclui um volume interno fluidamente associável a pelo menos um fluido e cooperante com elemento aquecedor;

• pelo menos um sensor de temperatura.

[0020] DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS FIGURAS

Figura 1 - Exemplo do dispositivo objeto da presente invenção.

Figura 2 - Exemplo do dispositivo objeto da presente invenção.

Figura 3 - Vista em corte longitudinal de uma primeira configuração do dispositivo objeto da presente invenção para uma aplicação veicular.

Figura 4 - Vista em corte longitudinal de uma primeira configuração do dispositivo objeto da presente invenção para uma aplicação veicular.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

[0021] A presente invenção aqui descrita em forma dispositivo para identificação de fluidos é aplicável a um sistema e respectivo e método tem por objetivo possibilitar uma detecção mais aprimorada de fluidos em geral, mas também de combustíveis, considerando não apenas substâncias homogêneas ou combustível especificados por norma, mas também misturas entre os combustíveis (misturas entre gasolina e etanol) e também misturas entre o combustível determinado por norma (gasolina, etanol e diesel) com outros fluídos, como água, solventes, metanol e outros, além de indicar qual o tipo de combustível foi adulterado, incluindo o percentual do fluído/substância de adulteração. Por exemplo, a presente invenção permite viabilizar a ação de distinguir entre gasolina adicionada com água do etanol adicionado com água. Além disso, por ter uma maior precisão da detecção do fluido que está sendo monitorado, o sistema e método dessa invenção possibilitam a distinção entre diferentes tipos de gasolina, como gasolina comum, gasolina aditivada e gasolina premium.

[0022] O que torna essa invenção completamente nova e carregada de inventividade está no fato do dispositivo proposto por esta invenção ser dotado de um sensor térmico que é capaz de identificar o combustível ou fluido, através das propriedades termodinâmicas e físicas do dito fluído.

[0023] Em linhas gerais, o sensor para detecção de fluidos que integra essa invenção compreende

• um aquecedor que contém uma resistência elétrica com efeito PTC (positive temperature coefficient), ou seja uma resistência elétrica que varia com a temperatura, que está em contato com o fluído a ser detectado e irá aquecer o fluído;

• uma câmara ou recipiente com volume conhecido no qual é preenchida com o fluído a ser detectado e no qual a resistência elétrica está inserida;

• um sensor de temperatura o qual está inserido no interior da câmara e está em contato com o fluído a ser detectado, de modo que esse sensor fique, de preferência, na porção superior da câmara em relação a gravidade;

• está associado a uma eletrônica de controle conectada à resistência elétrica e ao sensor de temperatura, capaz de fornecedor corrente elétrica para a resistência, e medir as características elétricas dessa resistência e do sensor de temperatura ao longo da medição e com a capacidade de calcular, através da aquisição dessas características, qual é fluído dentro do recipiente, comparando-o com valores pré- determinados.

[0024] Nesse caso, o fluido (combustível ou líquido a ser detectado) é inserido dentro da câmara que contém o dispositivo aquecedor. O fluido deve preencher todo o volume da câmara, expulsando todo ar previamente contido na câmara.

[0025] O fluido pode estar pressurizado (sistema fechado com pressão determinada) ou simplesmente exposto a pressão ambiente.

[0026] Em seguida, a medição é iniciada, aplicando-se uma tensão pré-determinada ao aquecedor inicia-se a medição da temperatura medida pelo sensor de temperatura que está em contato com o fluído.

[0027] A tensão aplicada ao aquecedor pode ser constante no tempo ou ser variável no tempo, dependendo da precisão de detecção que se deseja, da duração da medição (mais curta ou mais longa) e do tipo de fluído a ser detectado.

[0028] O controlador eletrônico mede e aquisita no tempo as seguintes grandezas: corrente elétrica e tensão aplicada no aquecedor, além da temperatura do fluído. Numa forma preferencial, a cada instante de aquisição, é calculado o valor de resistência elétrica do aquecedor e comparado com um valor pré-determinado definido como resistência de detecção, quando a resistência atinge o valor da resistência de detecção, o controlador eletrônico para de fornecer tensão, desligando o aquecedor.

[0029] A resistência de detecção é atingida quando o fluido aquecido muda da fase líquida para o vapor. Devido à característica PTC do aquecedor, quando este está aquecendo um líquido, ele possui uma resistência inferior em comparação quando está aquecendo um vapor. Isto ocorre porque o vapor possui uma resistência à transferência de calor maior que o líquido, deixando o aquecedor mais quente, e consequentemente, aumentado sua resistência.

[0030] Em outra abordagem, pode-se monitorar, a cada instante, a corrente elétrica ou a tensão nos aquecedores e estabelecer um valor pré-determinado, que quando atingido, desliga o aquecimento. Após o desligamento do aquecedor, o controlador calcula a energia fornecida ao aquecedor, através das características elétricas, integrando a potência dissipada pelo aquecedor no tempo, desde o início da medição até o instante de tempo que a resistência de detecção é atingida. A energia também pode ser obtida pela formula discreta E = U . / .AT e suas variações incluindo a resistência elétrica.

[0031 ] Além de calcular a energia, é obtido o valor da temperatura do fluído no instante que a resistência de detecção é atingida. Esse valor indica a temperatura do fluído no momento de sua vaporização.

[0032] Assim, tanto o valor de energia fornecida ao aquecedor como a temperatura do fluído no momento que a resistência de detecção atingida são comparados com valores pré-estabelecidos e previamente estipulados para determinar o tipo de fluído que foi aquecido. Dessa forma, é possível identificar o fluido em questão.

[0033] Nesse sentido, como pode ser visto a partir da figura 1 , a presente invenção descreve um dispositivo para identificação de fluidos que compreende

• pelo menos um elemento aquecedor (1) fluidamente associável a pelo menos um fluido;

• pelo menos um recipiente (2) dotado de uma região interna que inclui um volume interno fluidamente associável a pelo menos um fluido e cooperante com elemento aquecedor (1);

• pelo menos um sensor de temperatura.

[0034] Em uma concretização preferencial, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos, onde o recipiente (2) compreende uma porção de entrada de fluido (21) que coopera com a região interna do recipiente 2 e uma porção de saída (22) de fluido que coopera com a região interna do recipiente 2. Esse recipiente 2 compreende uma câmara de medição, pois é nesse local que é feita a efetiva medição do valor da resistência.

[0035] Em mais uma concretização preferencial, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos, de modo que a porção de entrada de fluido (21 ) e a porção de saída de fluido (22) estão opostamente posicionadas entre si em relação ao recipiente (2).

[0036] Em outra concretização, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos que compreende pelo menos um duto de passagem (3) associado à porção de entrada de fluido (21) e à porção de saída de fluido (22).

[0037] Em mais outra concretização, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos que compreende pelo menos um duto de passagem (3) associado à porção de saída de fluido (22). O duto de passagem 3 compreende uma porção de entrada de duto de passagem 31 e uma porção de saída de duto de passagem 32 [0038] Em outra concretização adicional, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos, onde a porção de entrada (21) compreende pelo menos um primeiro elemento defletor cooperante com o duto de passagem (3). Tal defletor pode garantir a entrada do fluido que escoa pelo duto de passagem 3 no recipiente 2 e evita um possível retorno.

[0039] Em outra concretização adicional, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos, onde a porção de saída (22) compreende pelo menos um segundo elemento defletor cooperante com o duto de passagem (3). Tal defletor pode garantir a saída do fluido que escoa até o duto de passagem 3 a partir do recipiente 2 e evita um possível retorno. [0040] Em mais uma concretização preferencial, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos, de modo que o elemento aquecedor (1) compreende pelo menos um elemento aquecedor do tipo filamento resistivo exposto.

[0041] Em outra concretização adicional, a presente invenção apresenta um dispositivo para identificação de fluidos, onde o elemento aquecedor (1) compreende pelo menos um elemento aquecedor do tipo PTC. Alternativamente, em mais uma concretização adicional, a presente invenção descreve um dispositivo para identificação de fluidos, onde o elemento aquecedor (1) compreende pelo menos um elemento aquecedor do tipo NTC.

[0042] Em mais uma concretização adicional, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluidos, de modo que o elemento aquecedor (1) está posicionado totalmente envolto ao fluido.

[0043] Em mais uma concretização preferencial, a presente invenção revela um dispositivo para identificação de fluido que compreende pelo menos um sensor de temperatura (4) cooperante com a região interna do recipiente (2).

[0044] Em mais outra concretização preferencial, a presente invenção apresenta um dispositivo para identificação de fluido que compreende pelo menos um sensor de temperatura (4) associado ao recipiente (2).

[0045] Adicionalmente, em mais outra concretização preferencial, a presente invenção descreve um dispositivo para identificação de fluido que compreende pelo menos um sensor de temperatura (4) associado ao elemento aquecedor (1).

[0046] Como o dispositivo objeto da presente invenção apresenta a polivalência para ser aplicável em sistemas abertos ou pressurizados (com o fluido sendo deslocado por meio de uma bomba 5), veiculares (na linha que leva o combustível até o motor 6), instalações industriais e/ou comerciais, ou ainda em laboratórios, a fonte de eletricidade para que todo o sistema objeto da presente invenção funcione pode ser tanto uma rede elétrica convencional CA como qualquer bateria.

[0047] O controle do aquecedor, isto é, a determinação da quantidade de energia necessária para o fluido vaporizar, compreende uma unidade de controle ou de controle e processamento, tal como um computador, notebook, sendo admitidos processamentos locais ou remotos em nuvens ou processadores remotos. No caso de um sistema embarcado, o controle deve ser efetuado por uma unidade de controle de processamento de parâmetros do veículo, que é responsável preferencial pela inteligência do motor como um todo. Essa unidade de controle pode compreender tanto a ECU (Electronic Control Unit - responsável por gerenciar eletronicamente todo o funcionamento do motor) já presente no veículo, como ainda pode compreender uma unidade exclusiva e dedicada apenas ao sistema aquecimento de combustível HCU (Heating Control Unit).

[0048] O método objeto da presente invenção é executado pela unidade de controle, podendo ela ser tanto a ECU como a HCU.

[0049] Dessa forma, a presente invenção cumpre com o objetivo de prover um dispositivo para identificação de fluidos que permite uma detecção mais aprimorada de fluidos em geral, mas também de combustíveis, considerando não apenas substâncias homogêneas ou combustível especificados por norma, mas também misturas entre os combustíveis (misturas entre gasolina e etanol) e também misturas entre o combustível determinado por norma (gasolina, etanol e diesel) com outros fluídos, como água, solventes, metanol e outros, além de indicar qual o tipo de combustível foi adulterado, incluindo o percentual do fluído/substância de adulteração.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para identificação de fluidos caracterizado por compreender

• pelo menos um sensor de temperatura.

2. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de o recipiente (2) compreender uma porção de entrada de fluido (21) que coopera com a região interna do recipiente (2) e uma porção de saída (22) de fluido que coopera com a região interna do recipiente (2).

3. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a porção de entrada de fluido (21) e a porção de saída de fluido (22) estão opostamente posicionadas entre si em relação ao recipiente (2).

4. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender pelo menos um duto de passagem (3) associado à porção de entrada de fluido (21) e à porção de saída de fluido (22).

5. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender pelo menos um duto de passagem (3) associado à porção de saída de fluido (22).

6. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a porção de entrada (21) compreender pelo menos um primeiro elemento defletor cooperante com o duto de passagem (3).

7. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a porção de saída (22) compreender pelo menos um segundo elemento defletor cooperante com o duto de passagem (3).

8. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (1) compreende pelo menos um elemento aquecedor do tipo filamento resistivo exposto.

9. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (1) compreende pelo menos um elemento aquecedor do tipo PTC.

10. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor compreende pelo menos um elemento aquecedor do tipo NTC.

11. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (1) está posicionado totalmente envolto ao fluido.

12. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender pelo menos um sensor de temperatura (4) cooperante com a região interna do recipiente (2).

13. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender pelo menos um sensor de temperatura (4) associado ao recipiente (2).

14. Dispositivo para identificação de fluidos, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender pelo menos um sensor de temperatura (4) associado ao elemento aquecedor (1).