[1] A presente invenção refere-se aos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para aplicação em equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, isentas totalmente de isolantes térmicos tipo massa, como lã de rocha, lá de vidro, fibra cerâmica, perlita, silicato de cálcio, aerogel, etc. de alta resistência térmica, destacável, ou removível.

[2] O objeto desta invenção são os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, que foram concebidos e desenvolvidos a partir dos modelos matemáticos de curvas próprias das conhecidas espirais de Arquimedes e as de Newton, Euler, ou Fibonacci, etc. Assim torna-se, seguramente, possível manter, em excelentes níveis, a temperatura e as características físico-químicas dos fluidos ao longo das tubulações e nos equipamentos, que operem em baixas e/ou altas temperaturas, devido a baixíssima condutividade térmica efetiva do sistema aplicado.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[3] Para melhor entendimento são necessários alguns esclarecimentos sobre o que são as espirais, os tipos, os exemplos da natureza, algumas propriedades e o que o homem tem desenvolvido adotando o formato das espirais para seu benefício:

[4] As espirais não foram criadas pelo homem que apenas constatou sua beleza e importância a partir de observações, na constituição e forma de alguns fenómenos seres vivos, como caracóis e búzios, algumas plantas, as galáxias (astronomia) tem uma formação de uma espiral, e até mesmo nos ciclones, tornados e furacões. Como se comprova nos exemplos abaixo:

[5] Na Nova Zelândia que tem cerca de 146 espécies de "ferns" que são árvores e plantas cujas folhas tem a forma de uma espiral.

[6] Em diversos outros locais, em todo o mundo, podemos encontrar o Nautilus Pompilius que é um crustáceo que desenvolve sua própria concha com câmaras internas que têm uma das mais lindas formas de espiral logarítmica existentes na natureza.

[7] Os Caracóis e Búzios, tão conhecidos no Brasil, também apresentam belos exemplares dos formatos de seres vivos em autênticas espirais.

[8] A espiral de Fibonacci você pode encontrar em várias formas como: moluscos, flores, arranjos dos átomos, filamentos de DNA e moléculas.

a. No Egito alguns tipos de espirais são encontrados na construção da pirâmide da base até o topo.

b. O espaço sideral e a formação das galáxias;

c. Os furacões e tornados com seus efeitos devastadores;

d. O Vôo do Falcão Peregrino - VANCE A. TUCKER, The Journal of experimental Biology 203, 3733-3744, 3745-3754 e 3755-3763, (2000).

e. O falcão Peregrino usa duas habilidades de alto rendimento (performance) - velocidade de vôo e agudeza da percepção visual para atacar sua vítima. Ele fica voando a grande altura e quando localiza uma presa, do tamanho de um bentevi, a 1 km de distancia, arremete-se sobre ela a uma grande velocidade. A força de arrasto, particularmente em velocidades que excedem 50 metros por segundo, é minimizada mantendo a cabeça alinhada ao corpo.

[9] A solução para o falcão é voar ao longo de uma espiral logarítmica, com cabeça e corpo alinhados ao longo da linha de vôo a um ângulo de 40 graus com a linha de visão da presa, até que quase 90 % da distância tenha sido coberta. Nesse ponto, a acuidade binocular é suficiente para guiar um ataque em linha reta. Vários verões de observação com equipamento de rastreamento computadorizado confirmaram que falcões peregrinos de fato voam ao longo de trajetórias espirais.

[10] Estudos académicos

A Espiral de Arquimedes (287-212 AC)

[11] A equação polar é dada por:

r™ kê

Onde r é o raio e k é uma constante de proporcionalidade. Pode-se definir a espiral como o lugar dos pontos P que se movem uniformemente ao longo de um raio que, por sua vez, gira uniformemente numa plano em torno da origem.

B Espiral de Newton

[12] A espiral logarítmica aparece em três proposições nos "Principia" de Newton:

a. Proposição IX, Livro I Proposições XV e XVI, Livro II b. Proposição IX. Problema IV.

[13] Se um corpo move-se numa espiral PQS, cortando todos os raios SP, SQ, &c, num dado ângulo, propõe-se encontrar a lei da força centrípeta tendendo ao centro dessa espiral.

[15] A solução desta equação é

( t onde a constante de integração foi absorvida em u.

[16] Esta é a espiral logarítmica ou equiangular.

C Espiral de Euler

[17] A notável curva conhecida como Espiral de Euler e posteriormente, denominada Clotóide. Observa-se que, diferentemente das curvas apresentadas pelos gregos, a Espiral de Euler ou Clotóide foi definida e, posteriormente, desenvolvida usando as técnicas do Cálculo Diferencial e Integral.

[18] A história da Espiral de Euler começa, indiretamente, na Teoria de Elasticidade.

"A Clotóide é a única curva com a propriedade de que o centro de gravidade de qualquer arco é o centro de semelhança dos círculos osculadores das extremidades do arco. "

[19] Esta espiral teve início nos trabalhos de Elástica com James Bernoulli e Euler, nas teorias de difração da luz e nos traçados de curvas de transição.

[20] A espiral de Euler, ao longo do tempo, foi associada a diversos problemas diferentes e, consequentemente foi construída de maneiras diferentes, primeiro como um problema de elasticidade, depois para associar valores de difração da luz e, por último, como uma curva de transição.

[21] Para o objeto desta patente, os seguintes critérios foram usados para selecionar os tipos de espirais mais adequados:

[22] Como se trata de aplicação em tubulações cuja seção transversal é circular e o espaço em volta das mesmas normalmente é limitado por outras tubulações e/ou equipamentos, os tipos mais adequados de espiral são a ESPIRAL LOGARÍTMICA e a ESPIRAL DE ARQUIMEDES pelas seguintes razões:

[23] A ESPIRAL LOGARÍTMICA é reconhecidamente a mais notável e eficiente com inúmeros exemplos disponíveis na natureza, como já citado, incluindo suas variações como ESPIRAIS DE NEWTON, EULER, ou FIBONACCI etc;

[24] As ESPIRAIS LOGARÍTMICAS têm como principal característica o aumento contínuo do passo

[25] A ESPIRAL DE ARQUIMEDES é uma curva plana que dá voltas em torno de um ponto e que, em cada uma dessas voltas, se afasta cada vez mais desse ponto, mas o passo é constante diferentemente das demais espirais.

[26] A espiral é a linha curva que se cria num ponto e que se vai afastando progressivamente do centro à medida que vai girando em volta do mesmo.

[27] Muitas das vezes, os conceitos de espiral e hélice são usados como sinónimos. A espiral, seja como for, é sempre plana, ao passo que a hélice é tridimensional. A hélice, por conseguinte, é uma curva espacial.

[28] A espiral de Arquimedes tem várias aplicações sendo que as mais utilizadas são Molas e Parafusos. Os discos de vinil são um exemplo clássico no mundo real. Compressores de espiral, feitos de duas espirais de Arquimedes do mesmo tamanho intercaladas, são usados para comprimir líquidos e gases;

[29] Existem vários equipamentos grandes e pesados que utilizam, apenas INTERNAMENTE, as espirais de Arquimedes, como bombas de parafuso, compressores de parafuso e trocadores de calor onde os fluidos trabalham ou são escoados sob pressão;

[30] Espirais de Arquimedes também são usadas em microbiologia de alimentos para determinar a concentração bacteriana através de uma placa espiral;

[31] Um dos segmentos industriais que avançaram consideravelmente nos últimos anos foi o de desenvolvimento e fabricação de ANTENAS DE TRANSMISSÃO DE ONDAS de comunicação em banda larga cujo formato de um dos tipos mais eficientes é fielmente o de uma ou duas espirais de Arquimedes que em operação cria passivamente uma área Ativa e outra Inativa devido a influência exercida por uma das espiras que anula alguns efeitos da outra espira criando uma chamada "zona morta".

[32] As propriedades das curvas sinuosas apesar de muito exploradas e parcialmente dissecadas por cientistas, matemáticos e outros estudiosos, ainda não se tem conhecimento mais profundo para adoção de suas propriedades para fabricação de produtos de conservação de energia térmica.

[33] No entanto existem metodologias e softwares que possibilitam efetuar cálculos avançados de transferência de calor em espaços confinados incluindo as curvas sinuosas das espirais e que comprovam sua eficiência, considerando análise por cálculos por elementos finitos e os seguintes aspectos:

[34] A busca de trajetórias e/ou formas sinuosas nas superfícies que proporcionem equilíbrio das forças viscosas com as de inércia do fluido e até mesmo minimizando a COLISÃO MOLECULAR o que por si só reduz a condutividade térmica do fluido notadamente se for o ar como ocorre nos ESPAÇOS ESPIRAIS e assim criar zonas inativas com níveis desprezíveis dos efeitos da Convecção Térmica;

[35] A minimização da radiosidade (radiosity), que significa a soma da radiação refletida e a radiação emitida de cada superfície nos ESPAÇOS ESPIRAIS, proporcionando emissividade difusa, retroespalhamento e retrodifusão das ondas eletromagnéticas.

[36] Para a obtenção e fabricação do objeto deste pedido de patente, a forma de uma espiral é conseguida a partir de folhas ou placas finas planas, preferencialmente metálicas, fabricadas a partir de processos de laminação, para posteriormente serem moldadas ou conformadas, a quente ou a frio, para obtenção da forma sinuosa de acordo com o modelo matemático de espiral a ser utilizado como um dos componentes do objeto do pedido de patente.

[37] A extrusão é outro processo que poderá ser utilizado, no entanto, neste caso as desejáveis espessuras finas obtidas na laminação dificilmente serão conseguidas.

[38] A seção transversal da folha fina curvada ("Folha Espiral") terá sua forma final de acordo com o número de revoluções (espiras), previamente considerado, formada de uma só vez ou dividida em pequenos arcos, que se complementarão passo a passo quando de sua montagem.

[39] É do conhecimento de toda comunidade científica, principalmente dos matemáticos e físicos, que é de fácil comprovação, o fato de que, sempre, cada arco componente de uma espiral obedece ao trajeto ou configuração da espiral completa. Assim, quando uma espiral for dividida ou seccionada as propriedades originais da espiral serão mantidas em cada arco componente.

[40] Como exemplo pode-se novamente citar, O Vôo do Falcão Peregrino - VANCE A. TUCKER,The Journal of experimental Biology 203, 3733-3744, 3745-3754 e 3755-3763, (2000) - cuja pesquisa e observações, por um longo período, com equipamento de rastreamento computadorizado confirmaram que de fato os falcões peregrinos voam ao longo de trajetórias espirais, mas o comprimento do arco varia de acordo com a distância até a presa localizada para o ataque.

[41] Outra observação importante se refere ao número de revoluções de uma ESPIRAL que poderá ser fracionado, exatamente devido a distancia ou comprimento da trajetória a ser atingida. Portanto o número de revoluções ou espiras poderá ser menor ou maior que qualquer número natural, partindo do princípio que cada revolução completa equivale a 360°. Por exemplo: 0,3rev, 0.5rev, 1 ,7rev, 4,3rev, etc.

[42] O objetivo principal da adoção de componentes na FORMA HELICOIDAL é criar um ESPAÇO ESPIRAL formado entre as superfícies de 2 (duas) folhas finas curvadas em forma de arco de espiral, sendo que, para efeito de cálculos térmicos, a superfície externa da própria tubulação, ou equipamento, passa a ser considerada como arco de espiral por atuar fisicamente como uma Folha Espiral cuja seção transversal tem a forma de um arco de espiral de 0,5rev, e onde se inicia todo o processo de conservação de energia térmica.

[43] Para facilidade de fabricação, montagem e instalação, cada folha metálica curvada ("Folha Espiral") deve ser fabricada obtendo uma seção transversal igual a um arco com 0,5rev, desta forma cada folha terá 2 (duas) extremidades circunferenciais e 2 (duas) bordas laterais, diametralmente opostas, ao longo de seu comprimento. As folhas curvadas podem ter qualquer comprimento (1 m, 1 ,5m, 2 metros, etc).

[44] No entanto para a garantia de uma performance ideal, o número mínimo de folhas curvadas ("Folhas Espirais") a serem montadas é de 2 Trajetórias Espirais (superfície externa da tubulação e 1 a Folha Espiral), sendo que:

[45] A 1a Folha Espiral se encaixa tangenciando a superfície externa da tubulação, pois o raio de curvatura da 1 a Folha Espiral é obrigatoriamente um pouco maior que o raio externo da tubulação, e, cada uma destas superfícies, integra uma trajetória espiral diferente.

[46] Isto feito as 2 (duas) superfícies deverão, então, ser aproximadas e fixadas, entre si, apenas por uma das bordas laterais longitudinais da 1 a Folha Espiral, de modo a permanecerem sempre juntas, a outra borda da 1 a Folha Espiral e a outra borda da 2a folha ficarão livres e afastadas entre si.

[47] Caso existam outras trajetórias, ou seja, outras folhas curvadas com maiores raios de curvatura, a sequência de montagem seguirá o mesmo passo a passo, por exemplo, para 3 (três) Trajetórias espirais (superfície externa da tubulação e 2 folhas curvadas):

[48] A 1 a folha (já juntada à superfície externa da tubulação) e a 2a Folha Espiral se encaixam, ou seja, uma dentro da outra (côncava - convexa), pois o raio de curvatura da 2a folha é obrigatoriamente um pouco maior que a 1 a folha, e cada uma delas integra uma trajetória espiral diferente.

[49] Isto feito, a 1a folha e a 2a Folha Espiral deverão, então, ser juntadas e fixadas, entre si, pela borda longitudinal que ficou livre da 1 a Folha Espiral, por pequenos rebites, parafusos, pontos de solda, frisos etc, permanecendo a outra borda da 2a Folha Espiral livre.

[50] Para 4 (quatro) Trajetórias espirais (superfície externa da tubulação e 3 folhas curvadas), por exemplo:

[51] A 2a folha (já fixada na 1 a folha) e a 3a Folha Espiral se encaixam, ou seja, uma dentro da outra (côncava-convexa) pois o raio de curvatura da 3a folha é obrigatoriamente um pouco maior que a 2a folha, e cada uma delas integra uma trajetória espiral diferente.

[52] Isto feito, a 2a folha e a 3a Folha Espiral deverão, então, ser juntadas e fixadas, entre si, pela borda longitudinal que ficou livre da 2a Folha Espiral, por pequenos rebites, parafusos, pontos de solda, frisos etc, permanecendo a outra borda da 3a Folha Espiral livre.

[53] E assim por diante até atingir a Última Curva de Espiral, que tem todas dimensões maiores que as demais, já montadas, como raio de curvatura, espessura de parede, material especificado como Vidro Laminado de Segurança, Fibrocimento, e metais como aço, galvalume e alumínio, como se fosse uma capa de proteção.

[54] Esta diferença de especificação e dimensões se justifica por se tratar da Última Curva de Espiral do sistema sendo, portanto, a superfície mais externa em contato direto com o ambiente, sujeito a intempéries, esforços e/ou impactos mecânicos, pisoteamentos, umidade, corrosão, etc.

[55] O arranjo conseguido pela fixação entre as folhas curvadas internas ("Folhas Espirais") faz com que os arcos de espirais se mantenham resistentes estruturalmente e posicionados naturalmente, sem sofrer esforços mecânicos e sem a utilização de separadores ou espaçadores eliminando possíveis "pontes térmicas" de condução de calor, mas em tubulações de grandes diâmetros, dependendo da espessura da Folha Espiral e sua rigidez; poderão ser inseridos, em pontos espaçados, parafusos ou pinos ajustadores.

[56] Este arranjo com folhas curvadas ("Folhas Espirais"), fixadas duas a duas, cria entre as mesmas ESPAÇOS ESPIRAIS com trajetórias espirais que têm sentidos alternados horário e anti-horário, ou vice versa, de modo que tornam desprezíveis os efeitos da movimentação molecular (convecção térmica), que ocorre normalmente em espaços confinados.

[57] Cada ESPAÇO ESPIRAL é iniciado nas bordas longitudinais onde foram juntadas ou fixadas 2(duas) folhas curvadas ("Folhas Espirais"). Neste ponto a distancia entre as 2 (duas) folhas é mínima (ponto de "estrangulamento"), mas que aumenta gradativamente, numa trajetória espiral em sentido horário ou anti-horário até atingir a abertura máxima entre as 2 (duas) folhas ("Folhas Espirais") que ocorre no final do percurso limitado pelo número adotado de revoluções (0,3rev, 0.5rev, 1 ,7rev, 4,9rev, etc.) daquelas ESPIRAIS. Os ESPAÇOS ESPIRAIS ADJACENTES têm sentidos de rotação invertidos (horário ou anti-horário).

[58] A CONVECÇÃO TÉRMICA é o único meio de transmissão de calor que ocorre num fluido (gasoso ou líquido) por transferência de massa de uma camada/área para outra menos aquecida devido ao empuxo causado apenas pela diferença de densidade entre as diferentes camadas/áreas de ar existente naquele espaço.

[59] Daí a importância da busca de trajetórias e/ou formas sinuosas nas superfícies que proporcionem equilíbrio das forças viscosas com as de inércia do fluido e até mesmo minimizando a COLISÃO MOLECULAR o que por si só reduz a condutividade térmica do fluido notadamente se for o ar como ocorre nos ESPAÇOS ESPIRAIS.

[60] A minimização da troca térmica entre as superfícies internas dos mesmos ESPAÇOS ESPIRAIS por radiação térmica, em função dos afastamentos excêntricos e posicionamento oblíquo entre as superfícies das folhas curvadas ("Folhas Espirais"), proporcionando emissividade difusa, retroespalhamento e retrodifusão das ondas eletromagnéticas.

[61] A RADIAÇÃO TÉRMICA que ocorre entre as superfícies nos ESPAÇOS ESPIRAIS é, então, minimizada não só pela baixa emissividade dos materiais utilizados, mas também pela forma e/ou combinação de formas das superfícies que se complementam criando trajetórias desencontradas que levam as ondas eletromagnéticas para pontos desejados de alta refletividade e de baixa absortividade de radiação.

[62] Este fato se comprova não só devido a obtenção de menores temperaturas nos testes e medição de campo, mas na constatação e análise por cálculos por elementos finitos quando demonstra a minimização da radiosidade (radiosity), que significa a soma da radiação refletida e a radiação emitida de cada superfície nos ESPAÇOS ESPIRAIS formado entre as folhas curvadas.

[63] Este método de conservação de energia térmica, nos ESPAÇOS ESPIRAIS, difere da simples aplicação de superfícies paralelas e/ou concêntricas em multicamadas que exige a inserção de dezenas ou mais de componentes internos com separadores ou ondulações, restringindo os espaços vazios até então existentes, e apresenta, numa simples análise, desvantagens como aumento de peso do conjunto devido a inclusão de novos elementos e materiais e também, no mínimo, um processo de fabricação lento e de alto custo.

[64] Os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, são compostos por elementos e/ou peças obtidas por processo de laminação e/ou conformação, que atuam em conjunto, tendo seções transversais curvas, na forma de ESPIRAIS, com reduzido número de revoluções e de passo constante, no caso da espiral de ARQUIMEDES, com aumento contínuo do passo quando for considerada a espiral logarítmica, como por exemplo, as espirais de NEWTON, as de EULER e as que seguem a sequencia de FIBONACCI.

[65] O objeto deste pedido de patente foi concebido para também ser removível de modo a facilitar sua montagem e instalação e posteriores eventuais retiradas para manutenção. A formatação mais razoável encontrada para este fim foi criar 2 (duas) seções distintas, fabricadas separadas e independentemente, e que se complementam quando montadas e instaladas. Adotando como referência uma tubulação horizontal dividida ao meio por um plano também horizontal, a "Seção Superior" se refere ao conjunto de curvas espirais (Folhas Espirais) posicionadas acima do plano horizontal citado e a "Seção Inferior" se refere ao conjunto de curvas espirais (Folhas Espirais) posicionadas abaixo do plano horizontal citado.

[66] A "Seção Superior" e a "Seção Inferior" apesar de comporem o mesmo sistema de conservação de energia térmica, objeto deste pedido de patente, têm o mesmo objetivo quanto a comprovada conservação de energia, mas com comportamentos térmicos diferentes em função do posicionamento de cada uma (superior e inferior) das "Seções" em relação a tubulação, com diferentes quantidades de curvas espirais (Folhas Espirais) e funções estruturais diferentes.

[67] A "Seção Superior" tem todos os componentes em forma de curvas espirais (Folhas Espirais) cuja quantidade varia de acordo com as trajetórias espirais definidas nos cálculos térmicos, interligadas entre si, alternadamente, inclusive a mais externa que é na realidade a Última Curva de Espiral Superior, que tem todas dimensões maiores que as demais folhas curvadas ("Folhas Espirais"), como o raio de curvatura, espessura de parede, diferente material especificado como Vidro Laminado de Segurança, Fibrocimento, ou metais como aço, galvalume e/ou alumínio estrutural por se tratar da superfície mais externa em contato direto com o ambiente, sujeito a intempéries, esforços e/ou impactos mecânicos, pisoteamentos, umidade, corrosão etc, tem, além de atuar como importante elemento integrante do Último Espaço Espiral Superior, a função de não permitir que esforços mecânicos, que atuam por compressão, como impactos e pisoteamentos, sejam transmitidos para os componentes internos.

[68] Este objetivo é plenamente atingido em função do acoplamento, ou encaixe, desta "Seção Superior" com a "Seção Inferior".

[69] Esta "Seção Inferior", como a "Seção Superior tem todos os componentes principais em forma de Curvas Espirais (Folhas Espirais) cuja quantidade, no entanto, é bem menor que a existente na "Seção Superior", e varia de acordo com as trajetórias espirais definidas nos cálculos térmicos, interligadas entre si, alternadamente, inclusive a mais externa que é na realidade a Última Curva de Espiral Inferior, que tem todas dimensões maiores que as demais folhas curvadas ("Folhas Espirais"), como o raio de curvatura, espessura de parede, diferente material especificado como Vidro Laminado de Segurança, Fibrocimento, ou metais como aço, galvalume e/ou alumínio estrutural por se tratar da superfície mais externa em contato direto com o ambiente, sujeito a intempéries, esforços e/ou impactos mecânicos, umidade, corrosão etc, tem, além de atuar como importante elemento integrante do Último Espaço Espiral Inferior, tem a função de suportar os esforços mecânicos, provenientes da "Seção Superior" provenientes de eventuais impactos e pisoteamentos evitando que sejam transmitidos para os componentes internos.

[70] E para isso dispõe de um SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO, que a mantêm suspensa ou pendurada por tirantes, como cintas metálicas ou parafusos tipo U, com a boca virada para baixo, que envolvem apenas a tubulação horizontal, e são interligados as placas de sustentação externas, posicionadas na geratriz inferior desta "Seção Inferior", evitando assim, qualquer possibilidade de compressão nos componentes internos e folhas finas ESPIRAIS, como ocorre nos sistemas tradicionais de isolamento térmico tipo massa como lã de vidro, lã de rocha, fibra cerâmica, silicato de cálcio, perlita, poliuretano etc, que em função dos esforços, impactos e pisoteamentos na capa de proteção externa, provocam amassamentos, trincas e degradações que é um dos principais problemas conhecidos e que ocorrem inevitavelmente nos mesmos.

[71] Esta é realmente mais uma inovação incorporada e integrada ao produto ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, por não existir algo similar, aplicados internamente ou inseridos nos produtos para conservação de energia térmica e/ou isolantes térmicos.

[72] Esta afirmativa é corroborada até mesmo quando se busca exemplos ou depoimentos de especialistas e integrantes de comissões de normas técnicas de isolamento térmico nas grandes empresas, associações técnicas, órgãos governamentais nacionais e estrangeiros, institutos de pesquisas etc, como Petrobras, IBP, ABNT, BPetroleum, BStandards, ASTM, API, NORSOK, Norwegian Technology Standards Institution, ASME, ISO etc, e se constata que realmente é nova e prática esta ideia ratificada também pela absoluta e comprovada inexistência de informações ou referências quanto a algo similar incorporado a algum produto para proteção de isolantes térmicos, incluindo relatórios de obras, procedimentos de aplicação/montagem de isolantes térmicos, normas técnicas nacionais e/ou estrangeiras inerentes ao assunto, artigos e citações ou propagandas de quaisquer empresas fabricantes e/ou distribuidores de isolantes térmicos de qualquer tipo ou forma, empresas montadoras/instaladoras de isolantes térmicos etc. em todo o mundo.

[73] As normas técnicas, em todo o mundo, quando se trata de TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS, cita e classifica uma grande variedade de tipos e de modelos diferentes padronizados de SUPORTES PARA TUBULAÇÕES NÃO ISOLADAS TERMICAMENTE.

[74] Os suportes de tubulação são os dispositivos destinados apenas a suportar os pesos e os demais esforços exercidos pelos tubos ou sobre os tubos, transmitindo esses esforços diretamente ao solo, às estruturas vizinhas, a equipamentos ou, ainda, a outros tubos próximos. Quando algumas normas técnicas definem também os vãos máximos em balanço, para trechos bi apoiados, de acordo com as especificações, materiais, espessuras, diâmetros e consequentes pesos próprios dos tubos envolvidos alguns critérios são considerados, como por exemplo, a N-46 da Petrobras, no Brasil:

1. Considerar o tubo cheio d'água, à tensão admissível...

2. O valor da flecha foi limitado em 6 mm para dentro das unidades de processo ("on site") e em 25 mm para fora ("off site").

3. A sobre-espessura de corrosão adotada foi de 1 ,6 mm ou 3,2 mm, conforme o caso, e a tolerância de fabricação fixada em □ 12,5 % da espessura do tubo.

4. Considerar os pesos específicos de 2 160 N/m3 para o isolamento térmico (silicato de cálcio), de 76 790 N/m3 para o aço-carbono e de 9 807 N/m3 para a água.

5. Não considerar a sobrecarga adicional de 100 kgf no centro do vão nem quaisquer outras sobrecargas.

6. Adotar, para o isolamento térmico, as "espessuras económicas" citadas em normas específicas de isolamento térmico.

[75] Constata-se que os itens 4 e 6 citam isolantes térmicos, mas apenas para adicionar cargas externas à tubulação para dimensionamento dos SUPORTES DE TUBULAÇÕES.

[76] O item 5, chama a atenção por estabelecer textualmente a "não consideração" óe uma sobrecarga adicional de 100kgf, que se refere à possíveis pisoteamentos (homem caminhando) sobre a tubulação, que infelizmente é prática recorrente e quando isto ocorre, em tubulações isoladas termicamente, as cargas aplicadas durante os pisoteamentos comprimem o isolante térmico contra a superfície externa da tubulação, gerando danos que são gradativos como deformações da chapa de proteção externa, amassamento ou redução de espessura dos isolantes fibrosos e inevitáveis trincas dos isolantes rígidos.

[77] Os já seculares isolantes tipo massa como silicato de cálcio, lã de vidro, lá de rocha, fibra cerâmica, perlita, poliuretano etc. utilizam apenas proteções externas de acordo com normas técnicas tradicionais e ultrapassadas que citam folhas corrugadas ou lisas de alumínio, folhas ou chapas de aço, massas asfálticas, capas de PVC ou outro polímero como PEAD etc, que apenas envolvem externamente os isolantes térmicos.

[78] Em alguns casos são utilizados espaçadores metálicos radiais, para isolantes fibrosos, fabricados "in loco" em oficinas por terceiros (funilaria/caldeiraria), que além de não serem componentes do produto "Isolante Térmico", visam apenas manter a capa externa de chapa metálica também fabricados "in loco" praticamente de forma artesanal por terceiros (funilaria/caldeiraria).

[79] Estes são recursos alternativos e paliativos, mas todos invariavelmente não suportam, nem evitam que os esforços por compressão, que atuem na capa externa de proteção, como impactos mecânicos e pisoteamentos, mesmo eventualmente reduzidos parcialmente, atinjam os isolantes tradicionais, rasgando-os, trincando-os (isolantes rígidos), amassando-os e reduzindo a espessura do isolante etc, pois foram sempre concebidos para serem aplicados diretamente sobre os isolantes térmicos, que por sua vez são aplicados diretamente na superfície externa da tubulação ou equipamento sendo inevitável a degradação e/ou deterioração dos mesmos ao longo do tempo.

[80] O objeto deste pedido de patente que utiliza um SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO, para tubulações e equipamentos tubulares horizontais que é integrado e inserido apenas na seção ou Calha inferior, foi também concebido para absorver e suportar toda carga e demais esforços provenientes da seção ou Calha Superior, sem exercer qualquer transferência, mesmo mínima, de cargas, impactos ou esforços externos sobre as finas Folhas Espirais de vidro ou metálicas existentes dentro das calhas.

[81] Assim, os componentes internos como as finas Folhas Espirais, estarão sempre mantendo suas posições pela efetiva proteção mecânica da seção ou Calha Superior e, portanto, não sofrerão quebras, deformações ou amassamentos, mesmo sendo bastante delgadas ou finas e, consequentemente, os ESPAÇOS ESPIRAIS permanecerão atuando com eficiente conservação de energia térmica.

[82] Os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, de alta resistência térmica, destacáveis, ou removíveis, para tubulações e equipamentos foram concebidos para, atuarem com alto rendimento, desde temperaturas criogênicas até temperaturas de incêndio (1260°C) como também para ter grande resistência mecânica, ser laváveis, ser compostas por materiais totalmente recicláveis, podendo ser aplicados em áreas propensas à inundações e garantir que cada peça ou componente seja removível e assim, caso ocorra alguma danificação, não prevista, o componente defeituoso será restaurado no próprio local e/ou retirado para conserto e reaplicado sem prejudicar o alto rendimento térmico do sistema. DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA.

[83] ISOLANTES TÉRMICOS CONVENCIONAIS - tipo massa como lã de rocha, silicato de cálcio, lá de vidro, fibra cerâmica, poliuretano etc, cujas tecnologias foram desenvolvidas há mais 80 (oitenta) anos. São ainda bastante indicados ou especificados pela engenharia de processo, principalmente pela carência de alternativas, nos diversos segmentos industriais, como meio de minimização das perdas e/ou ganhos de energia térmica. As restrições e/ou limitações para a fabricação, aplicação e atuação destes isolantes térmicos, podem ser facilmente relacionadas, como por exemplo:

— fragilidade quanto a resistência mecânica, principalmente os fibrosos, que se deformam e rasgam sem muito esforço como lã de rocha, lã de fibra de vidro, fibra cerâmica etc, mas no caso dos isolantes rígidos como silicato de cálcio e a perlita, normalmente apresentam trincas e/ou esfarelamento que não ficam à amostra devido a existência da capa de proteção em alumínio que dá em muitos dos casos um aspecto de aparente normalidade, mas que pode ter atingido um estado de ineficiência sem que seja percebido;

— absorção de umidade e não permitem ser aplicados em áreas propensas à inundações , este é um dos maiores fatores da degradação que sofrem os isolantes convencionais e é praticamente irreversível, exigindo a substituição imediata de todo o isolante térmico, No entanto apesar dos clientes/usuários constatarem esta realidade permanecem durante muitos anos com as inevitáveis perdas(alta temperatura) ou ganhos (baixa temperatura) gerando enormes prejuízos financeiros e de lucros cessantes além dos altíssimos custos das reposições/substituições dos isolantes degradados e consequentes aumentos na geração de energia térmica e emissão de C0 ₂ para o ambiente;

— degradação natural com o passar do tempo (idade desde a aplicação):

- não atendem plenamente a política de SUSTENTABILIDADE, atualmente muito em voga sendo uma exigência básica em todo o mundo, por não serem recicláveis, ou de reciclagem economicamente inviável, e nem reutilizáveis.

[84] Os perigos e alertas quanto a utilização de isolantes rígidos e/ou fibrosos devido a liberação de pós e/ou fibras para o ambiente, a irritação na pele e nos olhos dos trabalhadores, além de problemas pulmonares, o que exigem cuidados especiais tanto para a fabricação quanto para a montagem e instalação no sítio de trabalho, podem ser comprovados pelas próprias informações dos fabricantes que emitem, por exigência da legislação vigente, os respectivos MSDS de seus produtos onde se encontram orientações como:

- Identificação de perigo

- Principais perigos: "O trabalho com a lã de rocha pode causar irritação na pele e algum grau de irritação nos olhos e garganta"

- Primeiros socorros

- Inalação.Remover a pessoa para local aberto, beber suficiente água para limpar a garganta soprar o nariz para expulsar as fibras.

- Contato com a pele: Lavar com sabão e água abundante o local irritado.

- Contato com os olhos: Lavar com água limpa por aproximadamente 15 minutos. Se os sintomas persistirem consulte um especialista.

- Ingestão: Lavar a boca e tomar muita água, caso persista os sintomas procurar um médico.

- Medidas de proteção pessoal

- Proteção respiratória: Usar mascara para pó tipo 3M, modelo 8710 ou equivalente.

- Proteção da pele: Usar luvas impermeáveis. - Proteção ocular: Usar óculos de segurança.

- Outros equipamentos de proteção: Camisa de manga longa, roupa solta e capacete.

- Medidas de higiene: Lava a roupa do trabalho separadamente para evitar o contato com as fibras.

- Ventilação: Usar ventilação natural caso não seja suficiente ventilação mecânica para manter as concentrações de fibra no ar abaixo do valor limite umbral (TVL).

[85] São dimensionados apenas para uma restrita faixa de temperatura, e assim normalmente sempre apresentam um quadro de ineficiência e grandes desperdícios de energia térmica ao longo do tempo.

[86] ISOLANTES TÉRMICOS METÁLICOS - Existem, ainda, de forma muito incipiente, sistemas de isolamento térmico metálicos, desenvolvidos há décadas, praticamente banidos do mercado, pelas concepções até então adotadas e consequentes dificuldades de fabricação, peso e custos envolvidos, que basicamente eram painéis retangulares ou quadrados de multicamadas de folhas metálicas e/ou peças especiais para tubulações obtidos através de serviços de funilaria com cortes, dobramentos e conformação de chapas metálicas, com baixa produtividade. Neste exemplo se enquadram, também, os "Dispositivos de Estratificação de Convecção Térmica" patenteado no Brasil, sob o registro PI 9903604-5, que não foram concebidos considerando as propriedades de curvas sinuosas das espirais, e seus respectivos modelos matemáticos, como reconhece o próprio autor da patente, podendo se posicionar formalmente sempre que solicitado, e não eram peças bipartidas nem pré-montadas na fabrica e reconhecidas como extremamente frágeis, pois a proteção externa era com chapas metálicas que apenas envolviam o produto da mesma forma como aplicada nos isolantes convencionais, que não suportam impactos nem pisoteamentos e, portanto, não tem seguramente similaridade, conceituai, de projeto de detalhamento de peças, de especificação de materiais, métodos de fabricação e pré-montagem, procedimentos de aplicação e instalação no campo com o produto desenvolvido em 1999, pois difere em diversos aspectos, como por exemplo:

I. A conservação de energia não se baseava na adoção das formas sinuosas das espirais logarítmicas ou de Arquimedes;

II. O método da RADIOSIDADE térmica jamais foi considerado para dimensionamento e obtenção das formas sinuosas de componentes internos do sistema e minimização dos efeitos da radiação térmica entre superfícies;

III. Não dispunham de suportes de sustentação e de transferência de cargas para as superfícies inferiores da capa de proteção evitando o amassamento e deformações dos componentes internos;

IV. Não utilizavam componentes especiais em Vidro Laminado de Segurança e de Fibrocimento na capa de proteção etc.

[87] Em resumo se percebe que no caso de conservação de energia térmica para aplicação em tubulações e/ou em equipamentos, existe a necessidade do desenvolvimento de sistemas, dispositivos ou mecanismos que além de se caracterizarem como produtos de alta resistência térmica, agreguem ou atendam exigências em conjunto, ao mesmo tempo, que possam:

• facilitar e tornar mais eficiente a conservação de energia térmica de linhas que transportam fluidos de alta ou baixa temperaturas.

• serem compostos por peças independentes entre si, pois em caso de falhas ou defeitos em algum deles não afetariam as demais possibilitando sua restauração no local ou sua retirada para manutenção e reaplicação;

• possuir um SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO e de transferência de cargas de modo a suportar eventuais impactos mecânicos e/ou pisoteamentos, sem afetar, amassar, rasgar, trincar etc, quaisquer componentes internos;

• utilizar materiais alternativos e eficientes com vidro laminado de segurança e fibrocimento além dos tradicionais materiais metálicos rígidos ou flexíveis na conformação ou extrusão de peças, para proteção externa.

• serem removíveis e reutilizáveis;

• permitirem a restauração e ser compostos por materiais recicláveis;

• serem aplicáveis em tubulações e equipamentos que operem em temperaturas até temperaturas de incêndio (1260°C);

• possibilitar a aplicação mesmo em áreas propensas a inundações, mas que não sejam degradados pela umidade, encharcamento e nem pelo ambiente agressivo possuindo juntas vedadas;

• utilizar materiais alternativos e eficientes como vidro laminado de segurança, fibrocimento além dos tradicionais materiais metálicos rígidos na conformação ou extrusão de peças, para proteção externa.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[88] Esta presente Patente de Invenção refere-se aos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, que formam ESPAÇOS ESPIRAIS isentos totalmente de isolantes térmicos tipo massa como lã de rocha, lá de vidro, fibra cerâmica, perlita, silicato de cálcio, aerogel etc. de alta resistência térmica, destacável, ou removível, para tubulações e equipamentos. Assim torna-se, seguramente, possível manter, em excelentes níveis, a temperatura e as características físico-químicas dos fluidos ao longo das tubulações devido a baixíssima condutividade térmica efetiva do sistema aplicado. [89] Os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento apresentam também outros recursos adicionais jamais adotados nos sistemas convencionais além da própria resistência estrutural, obtida no processo de fabricação, pois dispõem de um sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, jamais utilizado ou concebido nos sistemas convencionais de isolamento térmico, que transfere cargas ou esforços aplicados nas superfícies exteriores da calha superior (geratrizes superiores externas) diretamente para a calha inferior, que por sua vez é internamente interligada à tubulação por meio de suportes ou tirantes de sustentação.

[90] Este sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento possibilita inclusive que o próprio usuário coloque, caso seja necessária, capa adicional temporária sobre a calha superior de modo a elevar em muito a resistência ao pisoteamento e impactos mecânicos, sem atingir os componentes internos, pois quando ocorrerem pisoteamentos ou fortes impactos, a carga será distribuída para as abas laterais da calha se concentrando na calha inferior e finalmente convergindo para os suportes ou tirantes posicionados em volta da tubulação, como Grampo U ou cintas de sustentação com a boca virada para baixo.

[91] É fundamental perceber e entender que este sistema de suportação atua única e exclusivamente para que os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA da Seção Inferior, que na fase de montagem e instalação, no local, sítio de trabalho ou obra, é a primeira a ser colocada, de modo a se manter "pendurada" ao longo da tubulação horizontal para logo após receber os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA da Seção Superior, cujas abas ou encaixes longitudinais se apoiam diretamente nas abas ou encaixes da Seção Inferior.

[92] Em casos especiais, por exigência do usuário ou cliente que eventualmente não queira atingir um alto rendimento térmico, em alguns espaços espirais poderão ser inseridos isolantes convencionais tipo massa em combinação com o AR ESTRATIFICADO ou entre os mesmos, como silicato de cálcio, perlita, lã de rocha, lã de vidro, fibra cerâmica, poliuretano ou outros isolantes conhecidos no mercado.

[93] Observação: Os materiais ou produtos isolantes tipo MASSA, como citados acima, após o preenchimento individual ou em combinação (dois ou mais isolantes convencionais) ficarão completamente protegidos, acrescentando características e propriedades que normalmente e originalmente não possuem como a rigidez das superfícies externas (paredes), a geometria e ao ambiente totalmente protegido de impactos mecânicos, pisoteamentos, e minimizando processos contínuos de degradação em função da umidade, encharcamento, rasgamento, perda de eficiência térmica, liberação de fibras ou pós para o ambiente, o que provocaria irritação da pele e dos olhos das pessoas etc.

[94] Os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA da Seção Inferior, por dispor de mais espaços que na Seção Superior, facilitam em muito sua aplicação em tubulações de processo ou equipamento com ramais de aquecimento (STEAM- TRACERS):

[95] Neste caso a "Seção Inferior", passa a ser também ocupada parcialmente pela instalação dos ramais de aquecimento fixados junto a superfície externa da tubulação de processo.

[96] A fixação dos ramais de aquecimento (STEAM-TRACERS), na tubulação, não é objeto desta patente e continuará sendo feita de acordo com procedimentos convencionais adotados há décadas, utilizando cintas metálicas de amarração ou por pontos de solda de modo que a transferência de calor ocorra principalmente por condução térmica devido a um desejado contato físico, com a tubulação.

[97] Com este tipo de fixação o contato entre as superfícies da tubulação de processo e dos ramais de aquecimento (STEAM TRACERS) é na realidade pontual e comprovadamente ineficiente, apesar de, ainda, ser adotado em quase todas as aplicações conhecidas nas unidades industriais, a temperatura e o consequente consumo de vapor de aquecimento é muito acima do efetivamente necessário, exigindo maior quantidade de ramais e/ou aumento de diâmetros para garantir a manutenção da temperatura da tubulação de processo.

[98] Com a criação dos "ESPAÇOS ESPIRAIS" na "Seção Inferior" e a presença dos ramais de aquecimento (STEAM-TRACERS) o aumento do movimento e velocidade das moléculas do ar, em volta da tubulação, devido à convecção térmica, proporciona uma melhor distribuição do calor de forma substancial e efetiva proveniente dos ramais de aquecimento (STEAM TRACERS), atingindo rapidamente e constantemente toda a superfície externa da tubulação de processo.

[99] A concepção dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, à princípio jamais seria considerada pelos fabricantes de isolantes térmicos convencionais como lã de rocha, silicato de cálcio, perlita, poliuretano, fibra cerâmica, lã de vidro etc, pois é difícil entender como um isolante térmico, praticamente SEM MASSA, poderia ser "enclausurado" num ESPAÇO ESPIRAL formado por folhas metálicas, que têm como característica ou propriedade a resistência mecânica e a alta condutividade térmica de suas paredes ou superfícies, e ainda ser aplicado na superfície externa de uma tubulação ou equipamento, de baixa ou alta temperatura, e atuar de forma mais eficiente que o isolante térmico tipo MASSA, ou seja, jamais conceberam, que o isolante térmico EFETIVO" fosse o AR ESTRATIFICADO dentro de folhas curvadas metálicas formando "ESPAÇOS ESPIRAIS " com convecção interna natural estratificada e a "radiosidade" desprezível em função da baixa emissividade associada a configuração geométrica oblíqua ou desenconcontrada e excêntrica das suas superfícies internas.

[100] A condução térmica através das moléculas do ar parado é conhecida por toda comunidade científica, cujo fator gira em torno de 0,026 W/m.K, para a maioria das temperaturas de operação nas unidades industriais, por isso é considerado o melhor isolante térmico natural.

[101 ] O desenvolvimento desta tecnologia só foi possível com a utilização de softwares avançados de cálculos térmicos, por modelagem e análises de elementos finitos, contando com módulos específicos, sofisticados, complexos e conjugados, de transferência de calor(condução, convecção e radiação térmica entre superfícies) que incluem cálculos simultâneos com materiais sólidos e modelagem de sólidos e simulações, complementados por testes em laboratórios e no campo.

[102] Devido a utilização exaustiva de recursos computacionais de última geração e a adoção de diversos solvers (dispositivos ou recursos de cálculos de matemática avançada) simultaneamente, que possibilitam definir pequenos espaços, afastamentos ou distanciamentos e formas além de gerar apenas pontuais resistências de contato entre os componentes metálicos, minimizando quase ao máximo a condução térmica, a redução dos efeitos da radiação térmica entre as superfícies devido a baixa emissividade associada a configuração geométrica oblíqua ou desenconcontrada e excêntrica das suas superfícies internas, ou seja utilizando o método da RADIOSIDADE (radiosity).

[103] Os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, em casos especiais, são pré-preparados para a instalação de dispositivos e sensores de temperatura e/ou de pressão de modo possibilitar a instalação/montagem de sistemas de monitoração do seu desempenho diretamente na unidade operacional ou à distância, por cabeamento ou via ondas eletromagnéticas, numa estação e painel central de controle.

[104] Os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, foram concebidos para atingir alta resistência térmica em tubulações e equipamentos que operem desde temperaturas criogênicas até temperaturas de incêndio (1260°C) como também para ter grande resistência mecânica, ser removível, lavável, ser composto por materiais totalmente recicláveis, podendo ser aplicadas em áreas propensas à inundações e garantir que cada peça, que compõe o sistema, possa ser removível e assim caso ocorra algum problema operacional, não previsto, a peça defeituosa será restaurada no próprio local e/ou retirada para conserto e reaplicada sem prejudicar o alto rendimento térmico do sistema. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[105] As FIGURAS 1 , 2, 3 e 4 se referem aos princípios básicos de engenharia e fontes de referências e ao ESTADO DA TÉCNICA.

[106] A FIGURA 2 apresenta figuras e imagens, que comprovam como secularmente o homem tem adotado o formato das espirais para seu benefício.

[107] A FIGURA 3 apresenta figuras e imagens dos principais produtos disponíveis no mercado em todo mundo.

[108] A FIGURA 4 apresenta imagens e figuras dos convencionais e até seculares isolantes térmicos do tipo massa. [109] A FIGURA 5 se refere aos fundamentos básicos, a formação e composição dos "ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA", objeto da presente invenção.

[110] A FIGURA 6 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, fabricados por processos de conformação metálica.

[111 ] A FIGURA 7 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, pré-montados e prontos para aplicação na obra.

[112] A FIGURA 8 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, detalhando o SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO.

[113] A FIGURA 9 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, exemplificando as cargas aplicadas.

[114] A FIGURA 10 apresenta imagens e desenhos apenas dos arcos espirais mais externos da "Seção Superior" e da "Seção Inferior".

[115] A FIGURA 11 apresenta imagens e gráficos, obtidos através de programas de cálculos avançados por elementos finitos, e validados, considerando configurações e combinações de diversos tipos de espirais.

[116] A FIGURA 12 apresenta imagens, incluindo todos os componentes que efetivamente representa os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, objeto da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[117] A invenção refere-se aos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, que formam ESPAÇOS ESPIRAIS isentos totalmente de isolantes térmicos tipo massa. Este sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento possibilita inclusive que o próprio usuário coloque, caso seja necessária, capa adicional temporária sobre a calha superior de modo a elevar em muito a resistência ao pisoteamento e impactos mecânicos, sem atingir os componentes internos.

[118] Estes objetivos, características e vantagens dos "ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA" (100), com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, objeto da presente Patente de Invenção, tornar-se-ão mais aparentes a partir da seguinte descrição detalhada quando tomada em conjunto com os desenhos que acompanham o presente relatório, nos quais as FIGURAS 1 , 2, 3 e 4 se referem aos princípios básicos de engenharia, fontes de referências e ao ESTADO DA TÉCNICA e são fundamentais para um melhor entendimento e comparação, passo a passo, e assim dirimindo dúvidas com relação a esta nova tecnologia. Todas as demais figuras são voltadas especificamente para as formas, estruturas, componentes e características da nova tecnologia, como descrito em detalhe a seguir:

[119] A FIGURA 1 apresenta figuras e imagens bastante conhecidas e admiradas pelo homem que apenas tem constatado, há séculos, sua beleza e importância a partir de observações na constituição, como também, na forma, poder e eficiência de alguns fenómenos e seres vivos, como nos caracóis (10) e búzios, tão conhecidos no Brasil, e o Nautilus Pompilius (10) que é um crustáceo que desenvolve sua própria concha com câmaras internas que têm uma das mais lindas formas de espiral logarítmica existentes na natureza, na imagem (13) de uma mulher, quando dentro de um lago ou rio, com seus longos cabelos molhados, movimenta bruscamente sua cabeça para trás formando, involuntariamente no ar, uma bela ESPIRAL com similaridades à dos caracóis! 10). nas diversas plantas (15) exóticas ou não, como na Nova Zelândia que tem cerca de 146 espécies de "ferns" que são árvores e plantas cujas folhas tem a forma de uma espiral, nas galáxias (astronomia), ciclones, tornados e furacões (17) que têm uma formação de uma espiral etc.

[120] A FIGURA 2 apresenta figuras e imagens (20, 23, 25 e 27), que comprovam como secularmente o homem tem adotado o formato das espirais para seu benefício a partir dos modelos matemáticos de curvas próprias das conhecidas ESPIRAIS DE ARQUIMEDES E AS DE NEWTON, EULER, ou FIBONACCI etc, como bombas centrífugas, bombas e compressores de parafuso (20, 23 e 27) e trocadores de calor (25) onde os fluidos trabalham internamente e são escoados sob pressão, mas não desenvolveram até então produtos para conservação de energia, que é dissipada para o ambiente, voltados para aplicações externas em tubulações e/ou equipamentos que adotem as especificamente as propriedades das espirais.

[121] A FIGURA 3 apresenta figuras e imagens (30, 33, 35 e 38) dos principais produtos disponíveis no mercado em todo mundo, que são os convencionais e até seculares isolantes térmicos do tipo massa e como são montados / instalados nas tubulações no local da obra, mas apresentando detalhes na suportação externa, cujo objetivo principal é suportar o peso da tubulação e paliativamente aliviar ou minimizar a deformação ou amassamento do isolante térmico apenas nos pontos onde existam os ditos suportes externos, de acordo com o prescrito nos procedimentos e nas normas técnicas nacionais e estrangeiras como Petrobras, IBP, ABNT, BPetroleum, BStandards, ASTM, API, NORSOK, Norwegian Technology Standards Institution, ASME, ISO etc. Não se observando quaisquer indicações referentes a sistemas que adotem um Mecanismo de Sustentação Interna que vise proteger, efetivamente e exclusivamente, os componentes internos de um dispositivo de conservação de energia térmica ou a massa dos isolantes térmicos, ao longo de toda a tubulação, contra o pisoteamento (homem caminhando sobre a geratriz superior da tubulação) e outros impactos mecânicos.

[122] A FIGURA 4 apresenta imagens e figuras dos convencionais e até seculares isolantes térmicos (40) do tipo massa como lã de rocha, lá de vidro, fibra cerâmica, perlita, silicato de cálcio, aerogel, ou poliuretano etc, em suas diversas formas e também um dos isolantes térmicos metálicos (48) como os Dispositivos de Estratificação de Convecção Térmica" patenteado no Brasil, sob o registro PI 9903604-5, que não foram concebidos considerando as propriedades de curvas sinuosas das espirais, e seus respectivos modelos matemáticos, e não eram peças bipartidas nem pré-montadas na fabrica e reconhecidas como extremamente frágeis, e este é um dos principais motivos por estar em desuso, pois a proteção externa era feita com finas chapas metálicas que apenas envolviam o produto da mesma forma como aplicada nos isolantes convencionais, que não suportam impactos nem pisoteamentos sendo o fechamento longitudinal da capa de proteção feito com a sobreposição da própria capa com parafusos ou rebites.

[123] Nesta mesma FIGURA 4 são vistas também imagens dos isolantes térmicos convencionais (42, 44 e 46) bastantes degradados com amassamentos em função de pisoteamentos e impactos mecânicos, com trechos parcialmente sem proteção externa, estragados e ineficientes devido a presença de umidade e chuvas periódicas etc. Estes fatos ocorrem com certa frequência deixando um cenário de abandono e de grandes perdas térmicas nas unidades industriais e poios petroquímicos em todo o mundo.

[124] A FIGURA 5 se refere aos fundamentos básicos, a formação e composição dos "ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA", com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento. Nas imagens e desenhos (50, 51 e 52) fica demonstrada a intercalação de 2 (duas) ESPIRAIS (50) podendo ser ambas logarítmicas ou de Arquimedes, respectivamente com sentidos de giro Horário e Anti-Horário, ou combinadas entre si, sendo gerada uma disposição de ARCOS DE ESPIRAIS (51) para ser seccionada, ou cortada, em duas partes, ou regiões, de mesma área, superior (52) e Inferior, com arcos internos restantes de formas sinuosas diferentes mas que se complementam e que se mostraram de excelente performance térmica (conservação de energia), possibilitando inclusive a exclusão de alguns dos arcos remanescentes na parte ou região Inferior, sem prejudicar a performance térmica do sistema.

[125] Nesta mesma FIGURA 5 nas imagens e desenhos (53, 54 e 55) verifica-se que foi concebida também a aplicação de uma única e completa Folha Espiral (55), para instalação/montagem nas tubulações (56) existentes. Para aplicação desta Folha Espiral (55) se faz necessária a colocação prévia de no mínimo 2 (duas) guias espirais (54) na tubulação (56) tendo cada uma a configuração de uma espiral Logarítmica ou de Arquimedes, com no mínimo 2 (duas) espiras (voltas), espaçados entre si e perpendicular à superfície externa da tubulação (56), para inserção paulatina de uma fina folha metálica nos espaços internos (anulares) das guias espirais (54), perpendicularmente à superfície externa da tubulação (56). A inserção continuada da folha metálica proporcionará que a mesma seja moldada, de acordo com a trajetória das espirais das guias espirais (54), formando assim a Folha Espiral (55) ao longo da tubulação (56) existente.

[126] A FIGURA 6 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA fabricados por processos de conformação metálica, obtendo como produto final os arcos de espirais interligados entre si sem emendas (61 ), conforme detalhe (62), ou com emenda longitudinal (63), de acordo com o detalhe (64), para cravação por pressão, rebitagens e/ou pequenos parafusos.

[127] A FIGURA 7 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA pré-montados e prontos para aplicação na obra. Observa-se que o arco espiral mais externo (71), ou de maior raio de curvatura, tem todas dimensões maiores que as demais folhas curvadas ("Folhas Espirais") (61 ou 63), como o raio de curvatura, espessura de parede, mas também pode ser fabricado com diferentes materiais como Vidro Laminado de Segurança, Fibrocimento, ou metais como aço, galvalume e/ou alumínio estrutural por se tratar da superfície mais externa e que permanece em contato direto com o ambiente, sujeito a intempéries, esforços e/ou impactos mecânicos, pisoteamentos, umidade, corrosão etc, Assim além de atuar como importante elemento integrante do Último Espaço Espiral Superior, tem a função de não permitir que cargas ou esforços mecânicos (77), que atuam por compressão, como impactos e pisoteamentos, atinjam as Folhas Espirais e demais componentes internos. Este objetivo é plenamente atingido em função do acoplamento (72), ou encaixe (72), através de perfis extrudados, desta "Seção Superior" (71 ) com a "Seção Inferior" (73).

[128] A "Seção Inferior" (73), como a "Seção Superior (71) tem todos os componentes principais em forma de curvas espirais (Folhas Espirais) (74) cuja quantidade, no entanto, é bem menor que a existente na "Seção Superior" (71), mas além de atuar como importante elemento integrante do Último Espaço Espiral Inferior, tem a função de suportar cargas ou esforços mecânicos (77), transmitidos diretamente pela "Seção Superior" (71). E para isso dispõe de um exclusivo SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO, que a mantêm suspensa pendurada por tirantes (79), como cintas metálicas ou parafusos tipo U, com a boca virada para baixo, que envolvem apenas a tubulação horizontal (75) com ou sem os ramais de aquecimento (steam tracers) (78), e são interligados às placas de sustentação externas (76) posicionadas na geratriz inferior desta "Seção Inferior" (73), evitando assim qualquer possibilidade de compressão nos componentes internos e folhas finas ESPIRAIS (74).

[129] A FIGURA 8 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA esclarecendo o SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO, contendo tirantes (79), placas de sustentação (76) e o arco espiral mais externo (73), cuja espessura é calculada de modo a suportar a carga ou esforços (77) transmitidos da "Seção Superior" (71), são componentes indispensáveis da "Seção Inferior" (73) interligado à tubulação que evita a compressão, e consequente, danos nos componentes internos, e as diferenças entre a "Seção Inferior" (73) e a "Seção Superior" (71).

[130] A FIGURA 9 apresenta imagens e desenhos dos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA exemplificando as cargas aplicadas (77) e um relatório técnico (90) com os critérios adotados nos cálculos estruturais, como por exemplo, o Critério de falha de Von Mises para dimensionamento do mecanismo de sustentação.

[131] A FIGURA 10 apresenta imagens e desenhos apenas dos arcos espirais mais externos da "Seção Superior" (71), e da "Seção Inferior" (73), que são objeto deste pedido de patente, contendo tirantes (79) e placas de sustentação (76) cuja espessura é calculada de modo a suportar a carga ou esforços (77) transmitidos pela "Seção Superior" (71), e que são componentes indispensáveis da "Seção Inferior" (73) interligado à tubulação que evita a compressão e consequentes danos nos componentes internos, objetivando a utilização deste mesmo mecanismo de sustentação também para isolantes térmicos convencionais tipo massa (80) como silicato de cálcio, lã de vidro, lá de rocha, fibra cerâmica, perlita, poliuretano, aerogel etc. jamais desenvolvido, calculado e/ou utilizado para este fim, conforme se constata através normas técnicas de isolamento térmico nas grandes empresas, associações técnicas, órgãos governamentais nacionais e estrangeiros, institutos de pesquisas etc, como Petrobras, IBP, ABNT, BPetroleum, BStandards, ASTM, API, NORSOK, Norwegian Technology Standards Institution, ASME, ISO etc.

[132] A FIGURA 11 apresenta imagens e gráficos (110 e 111), obtidos através de programas de cálculos avançados por elementos finitos, e validados, considerando configurações e combinações de diversos tipos de espirais como logarítmicas e de Arquimedes, diâmetros de tubulações, condições operacionais e ambientais obtendo resultados finais muito próximos aos testes em laboratórios incluindo distribuição de temperaturas e radiosidade em todos os componentes internos, estratificação do ar, condutividade térmica efetiva, perdas para o ambiente etc.

[133] A FIGURA 12 apresenta imagens (100), que efetivamente representa melhor os "ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA" de vidro, metálicos e de fibrocimento, com sistema interno de sustentação e resistência ao amassamento, para equipamentos, tubulações e ramais de aquecimento, incluindo todos os componentes.

[134] Como se pode depreender, este dispositivo mecânico é composto por várias peças metálicas que formam ESPAÇOS ESPIRAIS isentos totalmente de isolantes térmicos tipo massa como lã de rocha, lá de vidro, fibra cerâmica, perlita, silicato de cálcio, aerogel, poliuretano etc. de alta resistência térmica, destacável, ou removível, para tubulações e equipamentos que operem em baixa e/ou alta temperatura e se caracteriza presença dos seguintes componentes:

ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA, fabricados por processos de conformação metálica, obtendo como produto final os arcos de espirais (Folhas Espirais) interligados entre si sem emendas (61 ), conforme detalhe (62).

ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 ), ou de maior raio de curvatura, tem todas dimensões maiores que as demais folhas curvadas ("Folhas Espirais") (61 ou 63), como o raio de curvatura, espessura de parede, fabricado em alumínio, aço galvanizado ou aço inoxidável com espessura acima de 1 mm, corretamente dimensionada, por se tratar da superfície mais externa e que permanece em contato direto com o ambiente, sujeito a intempéries, esforços e/ou impactos mecânicos, pisoteamentos, umidade, corrosão etc, Assim além de atuar como importante elemento integrante do Último Espaço Espiral Superior, tem a função de não permitir que cargas ou esforços mecânicos (77), que atuam por compressão, como impactos e pisoteamentos, atinjam as Folhas Espirais e demais componentes internos. Este objetivo é plenamente atingido em função do acoplamento (72), ou encaixe (72), desta "Seção Superior" (71 ) com a "Seção Inferior" (73).

ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73) é fabricado do mesmo material e com a mesma espessura que o ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 ) e tem todos os componentes principais em forma de curvas espirais (Folhas Espirais) (74) cuja quantidade, no entanto, é bem menor que a existente na "Seção Superior" (71 ), mas além de atuar como importante elemento integrante do Último Espaço Espiral Inferior, tem a função de suportar cargas ou esforços mecânicos (77), transmitidos diretamente pela "Seção Superior" (71 ). • SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO - é integrado pelos seguintes componentes indispensáveis:

a) ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 ), cuja espessura é calculada de modo a suportar a carga ou esforços externos como o pisoteamento por pessoas; b) ARCO ESPIRAL MAIS INTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73), cuja espessura é calculada de modo a suportar a carga ou esforços transferidos das paredes do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 );

c) TIRANTES (79), são cintas metálicas ou parafusos tipo U, com a boca virada para baixo, que são acoplados na geratriz superior da tubulação horizontal (75) transpassando o espaço, todos os componentes existentes, como as Folhas Espirais (74) e a parede do ARCO ESPIRAL MAIS INTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73);

d) PLACAS DE SUSTENTAÇÃO (76) são chapas metálicas com largura (25 a 50mm) e ângulo de abertura de até 120o, curvadas de acordo com o diâmetro externo do ARCO ESPIRAL MAIS INTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73), posicionadas externamente e na geratriz inferior deste, onde serão transpassados os TIRANTES (79) e fixados por pinos ou porcas.

[135] Este sistema objetiva transferir cargas ou esforços, aplicados nas superfícies exteriores do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 ), diretamente para as paredes do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73), que por sua vez é internamente interligada à tubulação (75) por meio dos TIRANTES (79) de sustentação. São componentes indispensáveis do Sistema Interno de Sustentação interligado à tubulação (75) que evita a compressão e consequente danos nas Folhas Espirais (61 ,63 e 74) e nos demais componentes internos.

[136] Os ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA são fabricados por processos de conformação metálica, obtendo como produto final os arcos de espirais interligados entre si com emenda longitudinal (63), de acordo com o detalhe (64), para cravação por pressão, rebitagens e/ou pequenos parafusos.

[137] O ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 ), é fabricado em VIDRO LAMINADO DE SEGURANÇA, com espessura mínima de 6mm, devido as suas excelentes propriedades como alta resistência ao impacto, ataques químicos, impermeável, resistência à corrosão, ser reciclálvel, sendo indicado para linhas enterradas, etc.

[138] Os referidos ARCOS ESPIRAIS METÁLICOS DE ALTO DESEMPENHO DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA obtidos a partir da colocação prévia das guias espirais (54), permite a formação e aplicação de uma única e completa Folha Espiral (55), para instalação/montagem nas tubulações (56) existentes. Assim, para aplicação desta Folha Espiral (55) se faz necessária a colocação prévia de no mínimo 2 (duas) guias espirais (54) na tubulação (56) tendo cada uma a configuração de uma espiral Logarítmica ou de Arquimedes, com no mínimo 2 (duas) espiras (voltas), espaçados entre si e perpendicular à superfície externa da tubulação (56), para inserção paulatina de uma fina folha metálica nos espaços internos (anulares) das guias espirais (54), perpendicularmente à superfície externa da tubulação (56). A inserção continuada da folha metálica proporcionará que a mesma seja moldada, de acordo com a trajetória das espirais das guias espirais (54), formando assim a Folha Espiral (55) ao longo da tubulação (56) existente.

[139] O SISTEMA INTERNO DE SUSTENTAÇÃO E RESISTÊNCIA AO AMASSAMENTO, para utilização nos isolantes térmicos tipo massa (80) como lã de rocha, lã de vidro, fibra cerâmica, perlita, silicato de cálcio, aerogel, poliuretano, etc, compreende os seguintes componentes indispensáveis:

a) ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 ), cuja espessura é calculada de modo a suportar a carga ou esforços externos como o pisoteamento por pessoas;

b) ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73), cuja espessura é calculada de modo a suportar a carga ou esforços transferidos das paredes do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 );

c) TIRANTES (79), são cintas metálicas ou parafusos tipo U, com a boca virada para baixo, que são acoplados na geratriz superior da tubulação horizontal (75) transpassando o isolante convencional tipo massa (80) como lã de rocha, lã de vidro, fibra cerâmica, perlita, silicato de cálcio, aerogel, poliuretano etc e a parede do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73); d) PLACAS DE SUSTENTAÇÃO (76) são chapas metálicas com largura (25 a 50mm) e ângulo de abertura de até 120o, curvadas de acordo com o diâmetro externo do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73), posicionadas externamente e na geratriz inferior deste, onde serão transpassados os TIRANTES (79) e fixados por pinos ou porcas .

[140] Este sistema transfere cargas ou esforços, aplicados nas superfícies exteriores do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO SUPERIOR" (71 ), diretamente para as paredes do ARCO ESPIRAL MAIS EXTERNO DA "SEÇÃO INFERIOR" (73), que por sua vez é internamente interligada à tubulação (75) por meio dos TIRANTES (79) de sustentação.

[141] Embora a presente invenção tenha sido descrita em sua forma de realização preferida, os conceitos principais que norteiam a presente invenção se mantém preservado quanto ao seu caráter inovador, onde aqueles usualmente versados na técnica poderão vislumbrar e praticar variações, modificações, alterações, adaptações e equivalentes cabíveis e compatíveis ao meio de trabalho em questão, sem, contudo se afastar da abrangência do espírito e escopo da invenção, que estão representados pelas reivindicações que se seguem.