[01] Refere-se este pedido de Modelo de Utilidade a um DESSECADOR A VAPOR SUPERAQUECIDO COM FLUXO DESPRESSURIZADO PARA AP LI CAÇÃO AGRÍCOLA, COMERCIAL E RESIDENCIAL, para aplicação de vapor para limpeza de superfícies é algo relativamente bem estabelecido no mercado, porém os sistemas/equipamentos utilizados possuem limitações de projeto que impedem o total aproveitamento do calor possível de ser obtido através da geração de vapor, principalmente o vapor aquecido.

ESTADO DA TÉCNICA

[02] Atualmente o processo de geração de calor superaquecido é amplamente utilizado em usinas termoelétricas na geração de eletricidade bem como em ambientes industriais como frigoríficos agroindústrias. O processo de geração de calor superaquecido consiste em aquecer a água a temperaturas acima da qual ela não possa ser condensada, diferentemente do vapor saturado onde vapor e água podem coexistir.

[03] Atualmente a patente MU8900003-2 U2 descreve um sistema gerador de vapor superaquecido aplicado em um sistema para aplicação em dessecação e limpeza de áreas rurais e urbanas, contemplando um sistema de geração de vapor e acúmulo do mesmo em um vaso de pressão, de mesmo inventor que este pedido de patente.

[04] A empresa Cristanini (cristanini.it) possui um equipamento de lavagem a jato a alta pressão que utiliza vapor saturado. O sistema é destinado à limpeza de superfícies com o auxílio do vapor. A aplicação é feita por meio de lança manual, similar aos equipamentos de lava-jato domiciliares.

[05] Equipamento similar é descrito pela patente PI 7705600.

[06] A empresa MSD (www.msd-ag.de) possui um equipamento destinado à esterilização de solos para o plantio de hortaliças e leguminosas. O equipamento é constituído de um gerador de vapor saturado armazenado em um vazo de pressão, plataformas móveis para a aplicação do vapor sobre o solo e todo o sistema embarcado sobre um reboque tracionado por um trator.

[07] Equipamentos similares são descritos pelas patentes US6073859A, US546682, US6047900A, PT1768489E.

[08] A empresa Weedtechnics (www.weedtechnics.com) possui um equipamento destinado à eliminação de ervas daninhas em áreas urbanas e rurais. O equipamento é constituído de um gerador de vapor saturado, uma lança manual para aplicação, similar aos equipamentos de lava- jato domiciliares e todo o sistema embarcado sobre um reboque tracionado por trator ou automóvel

[09] Equipamentos similares são descritos pelas patentes CA2161680, US2005/0143259A1 , KR20090084234A, CA2515380.

ESTADO DA ARTE

[010] A aplicação de vapor para limpeza de superfícies (em seu amplo entendimento) é algo relativamente bem estabelecido no mercado, porém os sistemas/equipamentos utilizados possuem limitações de projeto que impedem o total aproveitamento do calor possível de ser obtido através da geração de vapor, principalmente o vapor superaquecido.

[011] Em situações, onde o vapor é gerado em sua forma saturada a temperatura do fluído pode atingir valores de 200°, sendo esta apenas uma referência de temperatura e possui relação direta com a pressão do sistema. Quando o sistema utiliza vapor superaquecido a temperatura do fluido pode aumentar significativamente, melhorando consequentemente a eficiência do calor gerado e permitindo, entretanto, a pressão do sistema também tende a aumentar consideravelmente.

[012] Em ambas as situações o calor gerado pelo vapor é usado para diversas finalidades, sendo que as principais são a geração de eletricidade e uso em indústrias alimentícias.

[013] Entretanto o vapor é um fluído que pode ser usado para eliminar praticamente qualquer organismo vegetal através do cozimento quase que instantâneo do material orgânico.

[014] Atualmente o vapor saturado é utilizado para eliminação de ervas daninhas em situações, onde o uso de agrotóxicos não é permitido, principalmente em áreas urbanas. Algumas empresas oferecem este serviço através de equipamentos que geram e armazenam o vapor a alta pressão, implicando em situações onde os operadores estão constantemente expostos a falhas que podem causar a explosão do sistema de armazenamento de vapor, composto por vazo de pressão.

[015] As questões envolvendo a segurança das pessoas próximas do equipamento sempre são tratadas com extrema prioridade, limitando o emprego do vapor em áreas residenciais, ruas e locais com circulação de pessoas. Até mesmo os próprios operadores do sistema estão sujeitos a riscos que, se desencadeados, podem ser fatais.

PROBLEMAS RESOLVIDOS COM A INVENÇÃO

[016] O sistema de geração de vapor superaquecido proposto nesta patente consiste em um equipamento capaz de gerar o vapor superaquecido sem a necessidade de armazená-lo para posterior aplicação, sendo que o vapor gerado é diretamente aplicado sobre a superfície de interesse. Esta operação elimina a necessidade da existência de vaso de pressão e, consequentemente, eliminando os riscos de explosão do equipamento.

[017] A mistura entre gases da queima de combustível mais o vapor gerado faz com que o fluído final, superaquecido, possa ser aplicado sobre superfícies secas sem o risco de queima do material. Esta característica permite que o vapor superaquecido seja aplicado em lavouras, calçadas ou qualquer local que possua matéria vegetal seco em conjunto com ervas daninhas vivas, sem o risco de ocorrência de incêndio.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[018] O dessecador a vapor superaquecido descrito neste documento consiste em um sistema de geração de vapor superaquecido que trabalha sem um sistema para acumular vapor a altas pressões, ou seja, sem um vaso de pressão. Todo o vapor gerador é expelido para fora do sistema de forma contínua à medida que o fluxo de água e calor é mantido constante para alimentar o equipamento.

[019] Em uma configuração preferencial todo o vapor gerado é produzido conforme a demanda, cessando a alimentação líquida (para geração de vapor) e de calor do equipamento no instante em que o fluxo de descarga de vapor é interrompido. Este conceito traz vantagens ao equipamento que são:

Eliminação do sistema de armazenamento a alta pressão, evitando risco de explosão e acidentes às pessoas próximas ao equipamento;

Simplificação do equipamento em função da eliminação de componentes mecânicos e elétricos relacionados ao sistema de armazenamento de vapor e aspectos de segurança atrelados a esta condição;

[020] Uma segunda configuração é composta por um sistema de controle que automaticamente desvia o fluxo de vapor no instante em que sua descarga é interrompida, mantendo o gerador funcionando e conduzindo o vapor superaquecido para um caminho onde possa ser dissipado com segurança no ambiente. Esta configuração evita a necessidade de reativação do gerador de vapor e elimina o tempo de aquecimento do sistema.

[021] Para melhor visualização do pedido de patente, temos as figuras 1 , 2, 3 e 4, com as seguintes descriminações:

Figura 1 - Vista em perspectiva do dessecador a vapor superaquecido;

1 - Dessecador a vapor superaquecido;

2 - Queimador;

3 - Duto condutor de calor;

4 - Célula de superaquecimento;

5 - Sensor de temperatura;

7 - Serpentina de alimentação;

7a - Tubulação de entrada para serpentinas;

8 - Câmara de expansão;

8a - Base da câmara de expansão (8);

8c’, 8c” e 8c’” - Dutos de injeção pra cada duto intermediário (11);

9 - Tubulação conectora;

10 - Câmara Divisória;

12 - Câmara de coleta;

13 - Aparato compressor;

16 - Saída do sistema; Figura 2 - Vista Lateral em corte do dessecador à vapor superaquecido;

5 - Sensor de temperatura;

6 - Dutos de aquecimento;

7b - Seção espiral;

Figura 3 - Vista lateral do dessecador à vapor superaquecido;

2 - Queimador;

3 - Duto condutor de calor;

5 - Sensor de temperatura;

7 - Serpentina de alimentação;

8 - Câmara de expansão;

8b - Saídas das câmaras de expansão (8);

9 - Tubulação conectora;

10 - Câmara Divisória;

11’, 11” e 11 ”’ - Dutos intermediários inferiores;

12 - Câmara de coleta;

13 - Aparato compressor;

14 - Câmara coletora;

14’, 14” e 14’” - Dutos intermediários superiores;

16 - Saída do sistema;

Figura 4 - Vista lateral do dessecador à vapor superaquecido;

15 - Câmara de isolamento;

DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO

[022] O dessecador a vapor superaquecido (1) é composto por um queimador (2) alimentado preferencialmente a óleo, podendo ainda ser alimentado por gás, querosene ou qualquer outro material combustível que tenha capacidade de gerar um fluxo de calor constante e minimamente necessário para fazer com que a água injetada no sistema atinja as temperaturas desejadas.

[023] O queimador é acoplado a um duto condutor de calor (3) que conduz o fluxo de calor do queimador até a entrada da célula de superaquecimento (4), sendo que em uma construção preferencial há um sensor de temperatura (5) acoplado ao duto condutor de calor (3) responsável por monitorar a temperatura do sistema e mantendo-o operante dentro dos limites de temperatura aceitáveis para os materiais utilizados no equipamento bem como mantê-lo funcionando de maneira eficiente e sem desperdício de material combustível.

[024] A célula de superaquecimento (4) é composta preferencialmente por uma câmara onde há em seu interior uma série de pequenos dutos, chamados de dutos de superaquecimento (6), dispostos de maneira a permitir a passagem do calor do queimador por seu interior e consequentemente permitir a transferência deste calor, através de suas paredes, para o material fluído composto por gases da queima do combustível mais o vapor/água aquecida oriundo da serpentina de alimentação (7), local onde ocorre o superaquecimento do fluído.

[025] Em uma construção preferencial está instalada, no interior do duto condutor de calor (3), uma serpentina de alimentação (7) que tem a função de pré-aquecer a água que será injetada no sistema para o processo de geração de vapor superaquecido.

[026] Esta serpentina possui uma tubulação de entrada (7a) por onde ocorre a alimentação de água através de fonte externa, podendo esta ser pré-aquecida ou não, havendo posteriormente e preferencialmente uma seção espiral (7b), podendo esta seção ser reta, curvada ou possuindo qualquer outro formato que permita a captação de calor e transferência para o fluído, neste caso a água, que passa pelo interior da serpentina. Esta seção espiral está instalada preferencialmente no interior do duto condutor de calor (3), tendo a função de pré-aquecer a água para aumentar a eficiência do sistema.

[027] Após o pré-aquecimento, em uma construção preferencial, a água é conduzida para uma câmara de expansão (8) onde ocorre a liberação do fluído aquecido e consequentemente sua expansão, podendo coexistir com vapor superaquecido, para posterior condução para ser injetado na célula de superaquecimento (4), sendo que esta câmara de expansão (8) é preferencialmente conectada externamente à célula de superaquecimento (4), onde o calor gerado pela célula de superaquecimento (4) é transferido para a câmara de expansão (8) fazendo com que a água pré- aquecida da serpentina (7) seja transformada em vapor saturado ou mesmo superaquecido, sendo posteriormente injetado no sistema, preferencialmente, ao lado da célula de superaquecimento (4) podendo ainda ser injetado em qualquer ponto da célula de superaquecimento (4), na tubulação conectora (9) ou ainda na câmara divisória (10), podendo ainda ser injetado em qualquer ponto do sistema como forma de amplificar a eficiência do sistema ou ainda adicionar sistemas auxiliares de aquecimento e injeção de fluídos aquecidos.

[028] Em uma construção preferencial o ponto de entrada da serpentina (7) na câmara de expansão (8) está posicionado próximo da base (8a) da câmara (8), permitindo que o fluído injetado na câmara possa excitar qualquer volume de água remanescente no interior da mesma, assim como as saídas da câmara (8b) estão posicionadas acima do centro de seu volume, permitindo que somente vapor seja direcionado para injeção na célula de superaquecimento (4). [029] Ainda, em uma construção preferencial, a saída da câmara de expansão (8) possui um duto de injeção (8c) para cada duto intermediário (11) conectado na célula de superaquecimento (4), não limitando-se a este número, sendo possível a adição de quantos dutos de injeção (8c) forem necessários para obter a máxima eficiência do sistema.

[030] Em outras versões a água poderia passar diretamente para o ponto de injeção (8c) no sistema ou ainda possuir um sistema de aquecimento específico para a câmara de expansão (8). A célula de superaquecimento (4) é responsável por duas etapas na geração do vapor superaquecido: a primeira delas ocorre no interior dos dutos de superaquecimento (6) permitindo que o calor vindo do queimador (2) passe através desses dutos (6) e realize o aquecimento da célula de superaquecimento (4), sendo que nesta etapa há apenas o fluxo de calor e gases de combustão gerados pelo queimador (2).

[031] A quantidade e dimensões desses dutos (6) deve ser dimensionada de acordo com a capacidade desejada para o sistema, não havendo limitações para esta característica.

[032] Este fluxo de calor passa através do interior dos dutos de superaquecimento (6) e é conduzido para a câmara de coleta (12), responsável por coletar a uniformizar o fluxo de gases conduzindo-os através de uma tubulação conectora (9) que interliga a saída dos dutos de superaquecimento (6) à entrada da célula de superaquecimento (4) propriamente dita, onde os dutos de superaquecimento (6) têm a função de elevar a temperatura da mistura calor mais gases de combustão mais água/vapor que entra em contato com suas superfícies à temperatura de vapor superaquecido, sendo este fluxo posteriormente apto a ser utilizado para a finalidade proposta que pode ser a dessecação de ervas daninhas ou qualquer planta vegetal, esterilização e limpeza de superfícies, não limitando- se a estas aplicações e sendo estas as principais aplicações desta patente.

[033] Em uma construção preferencial há, ao longo da tubulação conectora (9), um aparato compressor (13), podendo ser uma turbina, válvula unidirecional ou qualquer dispositivo capaz de manter o fluxo de gases em uma única direção, responsável por manter o fluxo de gases sempre na direção de saída do sistema (16), evitando contra-fluxo e impedindo que haja afogamento do queimador (2).

[034] Anteriormente à célula de superaquecimento (4) há uma câmara divisória (10) que possui, nesta construção preferencial, mas não limitando-se a ela, três dutos intermediários (11) para a condução do fluxo de calor mais gases de combustão mais água/vapor até a célula de superaquecimento (4), sendo que a principal função da câmara divisória (10) é coletar os gases do queimador (2), que já passaram pelos dutos de superaquecimento (6) e dividir seu fluxo para alimentação da célula de superaquecimento (4) de forma mais uniforme e melhor distribuída.

[035] Na saída da célula de superaquecimento (4) há uma câmara coletora (14) responsável por coletar a mistura vapor superaquecido mais gases de combustão e conduzir este fluído para a direção desejada à aplicação deste produto.

[036] A câmara coletora (14) também possui três dutos intermediários (14’), sendo esta uma construção preferencial, mas não limitando-se a ela, podendo haver quantos tubos intermediários (14’) forem necessários para extrair a melhor eficiência do sistema. Ambos os dutos intermediários inferiores (11 ’) e superiores (14’) à célula de superaquecimento (4) tem a função de otimizar a transferência de calor da célula de superaquecimento (4), distribuindo da forma mais eficiente possível o fluxo de calor mais gases de combustão mais água/vapor através da célula de superaquecimento (4).

[037] Todo o sistema de geração de vapor superaquecido (1) é envolvido por uma câmara de isolamento (15) responsável por manter a eficiência do sistema através da limitação de perda de calor, além de proteger as pessoas que venham a circular em torno do sistema, evitando o contato direto com as partes quentes do equipamento.