MXPA03006096A - Metodo y aparato para el tratamiento ultrasonico de fluidos. - Google Patents

Abstract

Un metodo y aparato (10) para tratar fluidos al transmitir energia ultrasonica hacia los fluidos para producir cavitaciones de alta intensidad en los fluidos a medida que los fluidos pasan a traves del aparato. Los fluidos se retienen en el aparato (10) por un periodo suficiente de tiempo para destruir los contaminantes en los fluidos, neutralizar acidos o bases en los fluidos y disociar otros compuestos quimicos.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA EL TRATAMIENTO ULTRASÓNICO DE FLUIDOS CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un método y aparato para tratar fluidos y particularmente para tratar el agua a fin de destruir los contaminantes en el agua y esterilizar el agua. El aparato y método son eficaces para tratar el agua utilizando energía ultrasónica para disociar compuestos en el agua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso de ultrasonido para tratar diversos materiales se conoce bien por aquellos expertos en la materia. Los principios generales que se relacionan al uso de energía ultrasónica para tratar diversos materiales y su habilidad para dar como resultado la disociación de materiales y realizar otras reacciones químicas difíciles y lo similar, se discute en "The Chemical Effects of Ultrasound", Kenneth S. Susllck, Scientific American, Febrero 1989, páginas 80-86. El ultrasonido se ha utilizado para un número de aplicaciones y los transductores ultrasónicos se conocen bien por aquellos expertos en la materia y se encuentran cómerciatmehte disponibles, Algunas aplicaciones de técnicas ultrasónicas se muestran en la Patente de E.U. 4,164,978 otorgada el 21 d Agosto de 1979 a Haroid W. Scott; la Patente de E.U 4,169,503 otorgada el 2 dé Octubre de 1979 a Haroid W. Scott; y la Patente de E.U. 5,951 ,456 otorgada eM4 de Septiembre de 1999 a Haroid W. Scott. Estas patentes se incorporan en la presente en su totalidad para referencia. La disponibilidad de fluidos puros es un problema continuó en nuestra sociedad. En diversos casos es deseable ser capaz de purificar diversos gases que pueden contener contaminantes virales o bacterianos o diversos contaminantes de compuesto gaseoso. La purificación de gases, mientras sé requiere frecuentemente, se requiere con menor frecuencia que la purificación de líquidos. Los líquidos, tales como el agua, se utilizan ampliamente para una variedad de propósitos. Las técnicas Rara purificar el agua varían desde la técnica de ionización, a destilación y la amplia variedad de técnicas utilizadas en plantas de tratamiento de agua y otras municipales para producir el agua potable. Todas estas técnicas son relativamente costosas y requieren equipo de proceso extensivo y actividad de proceso y gasto para purificar el agua. De acuerdo con lo anterior, se han buscado por mucho tiempo métodos más eficaces y mejorados para purificar los fluidos y particularmente para purificar los líquidos tales coma el agua.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo a la presente invención se proporciona un aparato para el tratamiento de fluidos. Él aparato comprende un transdüctor ultrasónico radial teniendo una superficie interna, un conduóto central que tiene un eje central, un tubo que tiene una superficie externa y centralmente colocado al menos parcialmente a través del conducto central, una entrada de fluido al conducto, y Una salida de fluido del conducto. La presente invención además comprende un método para tratar un fluido en donde el método comprende pasar el fluido a través dé un conducto a través de un transductor radial, formándose el conducto entre una superficie interna del transductór radial y el exterior de un tubo axial y centralmente Colocado al menos parcialmente a través del conducto.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático de un aparato para tratar el fluido de acuerdo a la presente invención. La Figura 2 es una vista de frente de un conducto de fluido a través del aparato de la Figura 1 .

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En la discusión de las Figuras se utilizarán los mismos números a lo largo de todo para referirse a los mismos o similares compuestos. En la Figura 1 se muestra un aparato 10 de acuerdo a la presente invención. El aparato comprende un transductor radial 12 que se conecta a un suministro de energía 14 e incluye un conducto 16 axialmente colocado a través del transductor radial. El conducto y el transductor se colocan simétricamente alrededor de un eje 24. El transductor axial 12 se coloca para fluir a través de cónducto 16, por un par de bridas 18 según se muestra. Estas bridas pueden ser de cualquier construcción adecuada y pueden unirse al transductor 12 mediante cualquier método adecuado. El transductor se une a las bridas 18 de manera hermética para el flujo de fluidos a través de una entrada de conducto 36 a salida de conducto 38 según se muestra por las flechas 40. El transductor 12 puede ser de cualquier configuración adecuada para proporcionar energía ultrasónica hacia el conducto 16. Por ejemplo, los transdüctores radiales prefabricados se encuentran disponibles en una variedad de frecuencias. Se consideran estos transductores para conocerse bien por aquellos expertos en la materia y puede utilizarse cualquier configuración adecuada mieníras que se proporciona energía ultrasónica al conducto 16. El conducto 16 se mide de tal forma que la energía ultrasónica transmitida hacia el conducto 16 es de una longitud de onda igual al diámetro del conducto 16. Puede utilizarse una variedad de frecuencias del transductor. Tales frecuencias pueden variar de aproximadamente 10 a aproximadamente 400 kilohertzios con frecuencias de 20 a aproximadamente 200 kilohertzios prefiriéndose. Según se muestra en la Figura 1 un tubo 20 se coloca coaxialmente en un transductor axial 12 y extendiéndose al menos parcialmente a través del conducto 16. Los extremos 22 del tubo 20 se cierran deseablemente mediante cualquier configuración adecuada y preferentemente con una configuración de otra forma redonda o elíptica curvada para minimizar la restricción de flujo creada por el tubo 20. El tubo 20, mientras que puede abrirse-cerrarse con un flujo de gas a través del tubo o se coloca de otra forma en el tubo, se cierra deseablemente. El tubo cerrado se llena con cualquier gas adecuado que no transmitirá energía ultrasónica dentro del tubo 20, deseablemente se soporta coaxiálmente con el trahsdijctor 12 en eí conducto 16. Una pluralidad de soportes 2ß se muestran soportando el tubo 20 en posición. Se coloúan sujetadores ajustabies 28 para engranar de manera hermética las bridas 1 8 a fin de permitir el ajuste del tubo 20 y la retención del tubo 20 en el conducto 16. Mientras se han mostrado cuatro tubos dé soporte en la Figura 2, se entenderá que podrían utilizarse algunos soportes más o algunos menos. Sin embargo, es deseable que los soportes sean suficientes para mantener el tubo 20 centralmente colocado en el conducto 16. Preferentemente, al menos tres soportes se utilizan. Según se muestra en la Figura 1 , el fluido fluye hacia el conducto 16 por medio de la entrada 36 y sale por medio de la salida 38 según se muestra por las flechas 40. Én operación, la energía ultrasónica se introduqe hacia el fluido en el conducto 16 desde una superficie interna 30 del conducto 16. La energía ultrasónica, así como se conoce bien por aquellos expertos en la materia, se transmite internamente en forma de onda y pasa internamente hacia la superficie interna del tubo 20. Ya qüe el tubo 20 se llena con un fluido de no^trahsmisión, la energía de onda se refleja de regreso dando como resultado una energía intensa con una cavitación y lo similar en el espacio definido por el interior 3f del conducto 1 6 y el exterior 32 déJ tubo 20. Deseablemente, el eje 24 sé coloca a ½ de 1 longitud de onda a la frecuencia del transdüctor 12 desde el interior 30 del conducto 16. La distancia entre el interior 30 del conducto 16 y e| exterior del tubo 20 es una distancia que no es un múltiplo, es decir, múltiplo o fracción, de la longitud de onda ultrasónica a la frecuencia seleccionada que permitirá una onda estacionaria en el conducto 16. El diámetro del tubo 20 es suficiente para dar como resultado un espacio menor a ½ de longitud de onda entre el interior 30 del conducto 16 y el exterior 32 del tubo 20. Esto da como resultado una cavitación intensa normal al flujo de fluido en el conducto 16. Es importante que la distancia entre el interior del conducto 16 y el exterior del tubo 20 sea menor a un múltiplo de la longitud de onda producida por el transductor 12 que dará como resultado una onda estacionaria. La energía transmitida hacia el conducto 16 es suficiente para dar como resultado una cavitación intensa severa en el flujo de fluido con la intensidad aumentando hacia el centro del transductor radial. El tubo sellado refleja las ondas hacia la superficie de origen aumentando de esta manera la intensidad entre el exterior 32 del tubo 20 y el interior 30. La intensidad entre el interior 30 del conducto 16 y el exterior 32 del tubo 20 es varias veces la intensidad radiando de la fuente. Esta alta intensidad crea fuerzas destructivas que destruyen bacterias o virus mediante temperaturas altas instantáneas de miles de grados Celsius y presiones de cientos a miles de atmósferas en tiempos de calentamiento menores a un microsegundo. Mientras que el Solicitante no esea unirse por cualquier teoría parece que además se forman los radicales de H202 y OH que destruyen las bacterias y también se generan ondas de choque que destruyen las estructuras celulares y las bacterias. Las bacterias y los virus son compuestos orgánicos y se destruyen tal como en un ambiente. Además, los materiales no elementales tales como nitratos y otros contaminantes indeseables, también se destruyen. Por ejemplo, los nitratos pueden convertirse en agua, nitrógeno y oxígeno mediante el tratamiento en el aparato. Los tiempos de residencia en el aparato son deseablemente al menos aproximadamente 50 milisegundos. Deseablemente, la energía transmitida hacia el conducto 16 en la superficie 30 es de aproximadamente 1.6 a aproximadamente 1.8 watts por centímetro cuadrado. Típicamente, bajo tales cóndiciones el nivel de energía en la superficie externa 32 del tubo interno 20 es aproximadamente de 9.5 a aproximadamente 10.0 watts por centímetro cuadrado. Deseablemente, el nivel de energía promedio en el conducto 16 es mayor a aproximadamente 1 .5 watts por centímetro cuadrado. Bajo estas condiciones sustancialmente todos los compuestos no elementales en la corriente de flujo, se disocian. Los fluidos tratables en el método de la presente invención comprenden cualquier gas o líquido del cual se desea remover contaminantes. El agua es un líquido frecuentemente tratado y se trata fácilmente mediante el método de la presente invención. Los fluidos se tratan mediante el método de la presente invención al pasar los fluidos a través del conducto y pasar la energía ultrasónica hacia el fluido en los niveles anteriormente discutidos. Deseablemente, los fluidos se retienen en el conducto por un tiempo igual a al menos aproximadamente 50 milisegundos. Ejémplo: Un transductor radial que tiene un diámetro interno de 3.0625 pulgadas y una longitud de 6 pulgadas se utiliza con un tubo que tiene un diámetro exíerno de 0.500 pulgadas y una longitud de 6 pulgadas. El transductor radial radia aproximadamente 600 watts desde su - d - superficie Interna. En este nivel de energía se suministra 1.61 1 watts por centímetro cuadrado de energía al conducto 16, Se utilizó una velocidad de flujo líquido de setecientos dos galones por hora a través del aparato. En esta velocidad de flujo el tiempo de residencia del fluido en el aparato es de aproximadamente 93 miliségundos. Este sistema de tratamiento es eficaz para destruir todas las bacterias o virus contenidos en el fluido fluyente. Una véz descrita de esta manera la invención para referencia para certeza de sus modalidades preferidas se señala que las fnodalidades descritas son ilustrativas en lugar de limitar en naturaleza y que diversas variaciones y modificaciones son posibles dentro del alcance de la presente invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1 . Un aparato para tratar fluidos, comprendiendo el aparato: a) un transductor ultrasónico radial que tiene una superficie interna, y un conducto que tiene un eje central; b) un tubo que contiene un gas que no transmitirá energía ultrasónica, teniendo una superficie externa y centralmente colocado al menos parcialmente a través del conducto colocándose el tubo con su superficie externa a tina distancia desde la superficie interna del transductor que no dará como resultado una onda ultrasónica estacionaria en el conducto, de tal forma que la cavitación intensa ocurre en la superficie externa del tubo; c) una entrada de fluido hacia el conducto; y d) una salida de fluido del conducto. 2. El aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque el fluido es un gas. 3. El aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque el fluido es un líquido. 4. El aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque el tubo es un tubo sellado. 5. El aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque el tubo contiene un gas. 6. El aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque la energía en la superficie interna del conducto central es de aproximadamente 1 .6 a aproximadamente 1 .8 watts/cm2. 7. El aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque ja energía en la superficie externa del tubo es de aproximadamente 9.5 a aproximadamente 10.0 watts/cm2. 8. El aparato según la reivindicación 1 , caracterizado porque la energía promedio en él conducto es mayor a aproximadamente 1 .5 watts/cm2. 9. El aparató según la reivindicación 1 , caracterizado jorque el conducto del transductor radial tiene un diárnetro igual a una longitud de onda ultrasónica en la frecuencia del transductór. 1 CF. Un método para tratar un fluido, comprendiendo el método: a) pasar el fluido a través de un conducto a través de un transductor radial, el conducto formándose entre una superficie interna del transductor radial y una externa de un tubo que contiene un gas que no transmitirá energía ultrasónica y central y axialmente colocado al menos parcialmente a través del transductor radial a una distancia entre la superficie interna del transductor radial y el exterior del tubo que no dará como resultado una onda ultrasónica estacionaria en el conducto; b) pasar la energía de ortda ultrasónica hacia el fluido en un nivel igual a des,de aproximadamente 1 .6 a aproximadamente 1 .8 watts/cm2 en la superficie interna del conducto de tal forma que la cavitación intensa normal al flujo de fluido a través del conducto, se presenta; y c) retener el fluido en el conducto por un tiempo igual a al menos aproximadamente 50 mllísegundos. 11. El método según la reivindicación 10, caracterizado porque el transductor radial suministra energía ultrasónica a una frecuencia de aproximadamente 10 a aproximadamente 400 kilohertzios. 12. El método según la reivindicación 11, caracterizado porque la frecuencia es de aproximadamente 20 a aproximadamente 200 kilohertzios. 13. El método según la reivindicación 10, caracterizado porque el nivel de energía promedio en el conducto es mayor a aproximadamente 1.5 watts/cm2. 14. El método según la reivindicación 10, caracterizado porque el fluido es un líquido. 15. El método según la reivindicación 14, caracterizado porque el líquido comprende agua. 16. El método según la reivindicación 15, caracterizado porque substancialmente todas las bacterias y virus en el agua se destruyen. 17. El método según la reivindicación 15, caracterizado porque los compuestos de nitrato en el agua se destruyen. 18. El método según la reivindicación 15, caracterizado porque substancialmente todos los compuestos no-elementales en el agua se disocian.