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] O referido método e sistema detecta se houve troca de recipientes armazenadores de fluidos a partir da aferição de movimento e pressão interna do recipiente.

Fundamentos da Invenção

[0003] No Brasil, onde a maioria das residências não possuem gás encanado, a utilização de botijões de gás de cozinha se tomou 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 tomando 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] O 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 o CO2 é um dos gases causadores do efeito estufa e do aquecimento global.

[0009] O 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 o 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] Outro 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/cm ² . 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. [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] Ademais, a presente invenção tem por objetivo revelar um método e sistema que detecta se houve troca a partir da aferição de movimento de um dispositivo associado ao recipiente, correlacionando à pressão interna.

Sumário da Invenção

[0023] 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 movimento associada a pelo menos um recipiente armazenador, identificar se o dispositivo não está em posição de operação por meio de pelo menos uma unidade de processamento, obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de pressão, processar e comparar os sinais obtidos por pelo menos uma unidade de processamento e identificar se houve a troca de pelo menos um recipiente armazenador.

[0024] De acordo com as premissas fundamentais da invenção em questão, o método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende ainda o fato de que na etapa de identificar se o dispositivo não está em posição de operação por meio de pelo menos uma unidade de processamento, a unidade de aferição de movimento apresenta valores dos eixos x e z acima de um limiar pré-definido.

[0025] Adicionalmente, é provido um método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, que compreende o fato de que na etapa de identificar se o dispositivo não está em posição de operação por meio de pelo menos uma unidade de processamento o dispositivo, o método retoma para etapa de obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de movimento associada a pelo menos um recipiente armazenador se o mesmo estiver na posição de operação.

[0026] Ainda, de acordo com a 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 movimento e pelo menos uma unidade de aferição de pressão associados a pelo menos uma unidade de processamento.

[0027] Adicionalmente, na presente invenção, o sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão compreende ainda pelo menos uma unidade de interface.

[0028] Por fim, a presente invenção inclui um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreendido pelo fato de que a unidade de aferição movimento e a unidade de aferição de pressão são associados a pelo menos um recipiente armazenador por pelo menos um dispositivo.

Breve Descrição das Figuras

[0029] A concretização preferencial da invenção em questão é detalhadamente descrita com base nas figuras listadas, as quais:

[0030] A figura 1 ilustra um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão instalado em um recipiente armazenador.

[0031] A figura 2 ilustra um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão juntamente com a válvula reguladora de pressão.

[0032] A figura 3 ilustra o dispositivo do sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão em função das coordenadas.

[0033] A figura 4 ilustra o recipiente armazenador de fluido sob pressão dotado de um dispositivo associado a válvula reguladora de pressão. Descrição Detalhada da Invenção

[0034] 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 movimento 1 associada a pelo menos um recipiente armazenador 5, processar e identificar se o dispositivo 8 não está em posição de operação por meio de pelo menos uma unidade de processamento 2, obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de pressão 4, processar e comparar os sinais obtidos por pelo menos uma unidade de processamento 2 e identificar se houve a troca de pelo menos um recipiente armazenador 5.

[0035] Assim, ao obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de movimento 1 associada a pelo menos um recipiente armazenador 5, o método obtém sinais de uma unidade de aferição de movimento 1 tal como um acelerômetro, giroscópio ou sensor de vibração, que está associado a um recipiente armazenador 5, que podem obedecer períodos de amostragem dependentes do grau de precisão desejado e da priorização do consumo de bateria. [0036] Ao processar e identificar se o dispositivo 7 não está em posição de operação por meio de pelo menos uma unidade de processamento 2, o método garante que o dispositivo 7 associado a unidade de aferição de movimento 1 , está em uma posição de uso. Em um terreno plano, a posição de uso do dispositivo 7 se reflete em uma posição vertical, onde em uma unidade de aferição de movimento 1 como um acelerômetro, somente um eixo y apresentaria alguma medição.

[0037] Identificado que o dispositivo 7 está fora da posição de operação, o método obtém pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de pressão 4. Tal unidade de aferição de pressão é associada ao recipiente armazenador 5 e afere a pressão interna do recipiente, relacionado a atuação do GLP, onde uma pressão 0 ou negativa (dependendo da temperatura ambiente), acarretaria que o dispositivo 7 não estaria instalado na saída do recipiente 5.

[0038] Ao processar e comparar os sinais obtidos por pelo menos uma unidade de processamento 2, o método realiza digitalmente se em posição de não operação do dispositivo 7 a pressão interna do dispositivo atende a limiares aceitáveis que garante que a o dispositivo 7 não está associado ao recipiente 5, e assim é identificado se houve a troca de pelo menos um recipiente armazenador 5.

[0039] A figura 1 ilustra um dispositivo 7 associado a uma válvula 6, e por sua vez associado ao recipiente armazenador 5. A figura 2 ilustra o dispositivo 7 associado a válvula 6. Desta maneira o dispositivo 7 compreenderia de maneira preferencial, mas não limitadora, a unidade de aferição de movimento 1 e a unidade aferição de pressão 4, podendo estar associadas diretamente a uma unidade de processamento 2 ou por meio de uma interface 3, que pode operar em algum protocolo de comunicação como serial, wifi, bluetooth, LoRa entre outros, proporcionando a realização do processamento em “nuvem”. A figura 4 ilustra o dispositivo 8 em um recipiente armazenador 7.

[0040] Adicionalmente o método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende ainda o fato de que na etapa de identificar se o dispositivo 7 não está em posição de operação por meio de pelo menos uma unidade de processamento 2, a unidade de aferição de movimento 1 apresenta valores dos eixos x e z acima de um limiar pré-definido. A figura 3 ilustra um dispositivo 7 seu posicionamento em operação, em que ele se posiciona verticalmente ao plano, onde somente o eixo y vertical apresenta aceleração em função da gravidade. Em um ambiente não perfeitamente plano, o posicionamento de operação pode ser inclinado, ocasionando atuação no eixo x e z, assim sendo considerado posicionamento de operação até um limiar pré definido aos eixos. Normalmente para redução e desconsideração de ruídos na leitura da unidade de aferição de movimento 1 , são aplicados filtros, como filtro de passa alta, que restringe os movimentos a serem considerados.

[0041] Ainda, o método de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende pelo fato de que na etapa de processar e identificar se o dispositivo 7 não está em posição de operação por meio de pelo menos uma unidade de processamento 2, o método retoma para a etapa de obter pelo menos um primeiro sinal de pelo menos uma unidade de aferição de movimento 1 associada a pelo menos um recipiente armazenador 5 se o mesmo estiver na posição de operação. Assim o método garante, a partir de um período amostrai pré definido, uma melhor eficiência na gestão de energia, garantindo que o maior processamento necessário para detecção atue somente quando necessário, diminuindo a ocorrência de falso positivos.

[0042] Adicionalmente é proposto um sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão compreendido por: pelo menos uma unidade de aferição movimento 1 e pelo menos uma unidade de aferição de pressão 4, associados a pelo menos uma unidade de processamento 2. A figura 2 exemplifica o sistema de detecção em um dispositivo 7, e assim com um processamento local. Alternativamente, por meio de uma unidade de interface 3 (que pode operar em algum protocolo de comunicação como serial, wifi, bluetooth, LoRa , etc.), o processamento pode ser feito de maneira externa, seja em um dispositivo conectado ao sistema, seja por meio de uma rede de computadores “na nuvem”.

[0043] Ainda, o sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende ainda 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.) ou alternativamente proporcionando interface com o usuário, por meio de um ecrã ou interface homem máquina, ou alternativamente ambos.

[0044] Por fim, o sistema de detecção de troca de recipientes armazenadores de fluidos sob pressão, compreende ainda pelo fato de que a unidade de aferição movimento 1 e a unidade de aferição de pressão 4 são associados a pelo menos um recipiente armazenador 5 por pelo menos um dispositivo 7. Assim, a instalação do dispositivo 8 em conjunto com a válvula reguladora 6 garante o posicionamento do dispositivo vertical em função a base do recipiente armazenador 5, e assim proporcionando uma posição de operação padrão para o sistema.

[0045] É importante ressaltar que a descrição acima tem como único objetivo descrever de forma exemplificativa 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.