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Title:
HYDRODYNAMIC AND HYDROSONIC CAVITATION GENERATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/102247
Kind Code:
A1
Abstract:
A hydrodynamic and hydrosonic cavitation generator can use the energy available in a liquid stream expressed as the product of the pressure of the stream multiplied by the flow rate of the stream to produce hydrodynamic cavitation and, at the same time, transient hydrosonic cavitation, with sufficient intensity and volume to transfer to the liquid the entire energy of flow in the form of heat and to achieve exothermic physico-chemical transformations at the molecular and atomic level.

Inventors:
IOEL DOTTE ECHART RUBEM (BR)
Application Number:
PCT/BR2013/000001
Publication Date:
July 11, 2013
Filing Date:
January 02, 2013
Export Citation:
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Assignee:
IOEL DOTTE ECHART RUBEM (BR)
International Classes:
F24J3/00
Domestic Patent References:
WO2009144042A22009-12-03
Foreign References:
US20050051111A12005-03-10
US20070152077A12007-07-05
US5188090A1993-02-23
US5957122A1999-09-28
US6595759B22003-07-22
US7089886B22006-08-15
US6910448B22005-06-28
US6976486B22005-12-20
US7767159B22010-08-03
RU2015715C11994-07-15
US20070189114A12007-08-16
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA" caracterizado por ser capaz de utilizar a energia disponível em um fluxo de líquido pressurizado, em movimento numa tubulação, para gerar cavitação hidrodinâmica e cavitação hidrossônica simultaneamente.

2. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA" caracterizado por ser capaz de transformar a energia cinética e/ou potencial de um fluxo de líquido em energia térmica, transferindo-a para o líquido em proporção e quantidade iguais à da energia mecânica do fluido, expressa pelo produto da pressão pela vazão do mesmo, acrescida da energia térmica liberada pelas transformações físico-químicas provocadas pela cavitação em quantidade proporcional ao produto da pressão pela vazão do fluido, de modo que a quantidade total de energia térmica resultante seja superior à quantidade de energia mecânica fornecida pelo líquido.

3. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por produzir cavitação direcionando um fluxo de líquido radialmente, do centro para fora, fazendo com que este fluxo seja dirigido, através uma abertura circular, para um cone dito difusor (30) que dispersa o direciona para uma fenda periférica estreita (36) formada entre um ressalto anular com seção semicircular (11) em forma de tubo de Venturi, o qual é parte integrante de uma peça dita divisor anular (8) e um disco, dito diafragma (35), disposto concentricamente em relação ao dito ressalto anular (8) o qual é suportado por molas ou outros elementos elásticos (33 ou 34) em ambas as faces, de maneira que possa movimentar- se em curso limitado pela compressão dessas molas (33) ou elementos elásticos (34), tanto para aproxima-se quanto afastar-se do dito ressalto anular (11), de modo que possa estabelecer movimento oscilatório.

4 "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por ter, dito diafragma (35) forma de disco plano no centro e bordas de perfil curvo formando um semitoróide (fig. 5). 5. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por ter, dito diafragma (35) forma de disco plano com bordas curvas de perfil semicircular (fig. 6). 6 "GERADOR DE CAVTTAÇÃO HIDRODINÂMICA E HÍDROS SÓNICA", de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por ter, dito diafragma (35) perfil semicircular, formando uma calota (fig. 7).

7. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HÍDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por ser, dito diafragma (35) dotado de múltiplos pequenos orifícios (fig. 8).

8. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HÍDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por ser dotado de uma haste, dita reguladora de pressão (28), em posição concêntrica e normal ao plano do dito ressalto anular (11), a qual suporta, numa das extremidades, ditas molas (33) ou elementos elásticos (34) e dito diafragma (35), apta a se movimentar longitudinalmente e assim fazer variar a abertura da dita fenda estreita e/ou a pressão do dito diafragma (35) sobre dito ressalto anular (8) .

9. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HÍDROSSÔNICA" de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por possuir uma câmara em forma de copo, dita câmara de ressonância (18), com a extremidade aberta voltada para o dito diafragma (35), cujo fundo serve de meio refletor para as ondas de pressão geradas por esse diafragma (35) e cujas bordas da extremidade aberta formem uma fenda (22) entre dita câmara de ressonância (18) e dito ressalto de seção retangular (9), parte integrante do dito disco com cavidade semitoroidal anular (13) o qual circunda dito diafragma (35).

10. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HÍDROSSÔNICA", de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por possibilitar, pela movimentação longitudinal da dita câmara de ressonância (18), a variação e regulagem da dita fenda (22).

11. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HÍDROSSÔNICA", caracterizado por possuir uma câmara, dita coletora (23), a qual envolve dita câmara de ressonância (18) e mantém, em torno desta um volume de líquido destinado a absorver as ondas sonoras emanadas pelas paredes da dita câmara de ressonância (18) e que é dotada de meios para a drenagem do líquido.

12. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HÍDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por permitir a variação da frequência das ondas de pressão que produz no meio líquido que passa pelo seu interior, desde a faixa de frequências de infrassom até à de ultrassom inclusive, de modo que tais ondas de pressão produzam cavitação.

13. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HTDROSSÔNICA", como descrito pelas reivindicações anteriores, caracterizado por possibilitar que seja acionado por um fluxo de líquido movimentado por força da gravidade ou por bombas acionadas por força eólica, por motores de qualquer tipo, por força humana ou animal.

14. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HTDROSSÔNICA" caracterizado por produzir cavitação com intensidade suficiente para desencadear reação química exotérmica entre pelo menos um combustível e pelo menos um oxidante dissolvidos no fluxo de líquido de trabalho, pela rápida vaporização parcial dos reagentes no momento de formação das microbolhas e a sua ignição no ponto de colapso das mesmas devido à grande pressão e à temperatura alcançadas e cuja energia térmica e os produtos resultantes gerados são transmitidos para o líquido.

15. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA, como descrito nas reivindicações anteriores, caracterizado por impedir danos pela cavitação em suas paredes internas isolando-as por meio de uma barreira de vórtices toroidais que são formados dentro de uma cavidade dita toroidal formada pela união do dito divisor anular (8) com dito disco semitoroidal anular (13).

16 "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por ser capaz de realizar a mistura, a homogeneização e a emulsificação de um ou mais líquidos de características fisico- químicas diferentes ou iguais e a dissolução de gases em líquidos, bem como a degasificação de líquidos.

17. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA", de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por ser capaz de destruir microorganismos como microalgas, bactérias, fungos e vírus através do rompimento mecânico das suas membranas celulares e pela oxidação provocada por radicais reagentes produzidos pela cavitação.

18. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA, como descrito nas reivindicações anteriores, caracterizado por quebrar as ligações de hidrogénio entre as moléculas de água, separar e fragmentar agrupamentos de moléculas de água (clusters) e recombiná-las e dissociar moléculas de água e recombinar seus elementos na forma de radicais tais como HO- (hidroxila), H202 (peróxido de hidrogénio) e H+.

19 "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HTOROSSÔNICA como descrito nas reivindicações anteriores caracterizado por possibilitar ser fabricado com qualquer tipo metal ou ligas e/ou também em materiais plásticos por processo de injeção ou usinagem.

20. "GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HTDROSSÔNICA como descrito nas reivindicações anteriores caracterizado por permitir ampla variação de tamanhos e capacidade de processamento de líquidos e de potência de aquecimento.

Description:
"GERADOR DE CAVITAÇÃO HIDRODINÂMICA E HIDROSSÔNICA" A presente invenção descreve um aparelho dito reator de cavitação hidrodinâmica e hidrossônica transientes devido à sua capacidade de gerar as duas modalidades de cavitação simultaneamente.

Aparelhos geradores de cavitação hidrossônica produzem cavitação por meio da geração de ondas sonoras ou de pressão no meio líquido, sendo que microbolhas de vapor rarefeito são criadas na fase de baixa pressão das ondas sonoras e implodem na fase de alta pressão das mesmas; são acionados por circuitos geradores de pulsos elétricos, cuja energia é transmitida para o líquido estático contido em tanques pequenos através de transdutores piezoelétricos; proporcionam alta eficiência energética, produzindo grande densidade de cavitação, com eficiência energética próxima dos cem por cento, pois a energia sonora, muitas vezes em modo ressonante, é concentrada em volume reduzido e em frequências ultrassônicas; as frentes de ondas são refletidas pelas paredes do reservatório e varrem todo o volume. Como o volume de líquido é estático, cada microbolha que implode emite novo pulso de onda, formando uma cadeia de cavitação, onde as microbolhas apresentam forma geral esférica, o que aumenta a intensidade das implosões. São bastante utilizados na limpeza de objetos, na indústria química, na de medicamentos e em práticas de laboratório. Sua eficiência diminui quando aplicado a volumes maiores ou em líquidos em movimento.

Os aparelhos geradores de cavitação hidrodinâmica são aqueles destinados a produzir esse fenómeno físico em líquidos pressurizados em movimento, efeito obtido pela rápida aceleração do líquido em um estreitamento ou tubo de Venturi, de acordo com o princípio de Bernoulli, o que reduz a pressão abaixo da pressão de vapor do líquido, fazendo surgir as microbolhas de vapor rarefeito, as quais implodem assim que a velocidade e a pressão do líquido voltam ao normal, na saída do Venturi. Seu rendimento é inferior ao da cavitação hidrossônica, pois, estando o líquido animado de movimento rápido, há muito pouca reflexão local das ondas de pressão emitidas pelas microbolhas e estas são de formato aleatório, o que diminui a intensidade das implosões. Mesmo assim, a cavitação hidrodinâmica é empregada para tratar volumes relativamente maiores de líquidos em alguns processos específicos da indústria química, tal a sua eficácia e eficiência comparada a outros métodos para as mesmas finalidades. Existem várias patentes descrevendo tanto aparelhos de cavitação hidrossônica quanto de cavitação hidrodinâmica para várias finalidades. Aparelhos de cavitação hidrossônica por meio de transdutores piezoelétncos são limitados a pequenos volumes estáticos de líquidos; um aparelho hidrossônico de passagem de alto rendimento para processar maiores volumes de líquidos em movimento é descrito, na patente norte- americana US5188090, como um rotor cilíndrico dotado de várias cavidades periféricas que gira no interior de um alojamento suportado por um eixo apoiado em rolamentos e vedado por selos mecânicos, que é acionado por um motor; é de construção difícil, cara e necessita de uma motobomba para forçar a passagem do líquido através do aparelho; a vibração tanto produzida pelas ondas de choque quanto pela erosão desigual do rotor provocada pela cavitação causa a incapacitação prematura deste e dos rolamentos e selos mecânicos. Desse tipo são também as patentes US5957122, 6595759, 69104486976486 e 7089886, todas com rotores dotados de cavidades; ainda no que trata de rotores com cavidades ou orifícios, é conhecida a patente US7767159, onde o rotor interage com um estator, ambos dotados de furos periféricos, que, quando coincidem, permitem a passagem do líquido pressurizado pela força centrífuga, numa frequência dada pelo produto do número de foros multiplicada pelo número de rotações, gerando pulsos de alta pressão a montante e de baixa pressão a jusante do fluxo, que são, na realidade, pequenos golpes de aríete; este dispositivo apresenta os mesmos problemas atribuídos à patente US5188090. O pedido de patente "Gerador de Cavitação e Ondas de Choque", de minha autoria produz esse mesmo efeito, mas acionado apenas por um fluxo de líquido pressurizado, com frequência mais baixa e maior amplitude nos pulsos, pois é destinado preferencialmente à destruição mecânica de micro-organismos. Também são conhecidos aparelhos capazes de gerar cavitação hidrodinâmica pela passagem forçada do líquido através de placas com pequenos orifícios, de baixo rendimento e suscetíveis a entupimentos e erosão por cavitação e sistemas que utilizam vórtices de líquido, cuja baixa pressão central gera as microbolhas de vapor e a alta pressão circundante as implode impedindo que implodam que atinjam as paredes internas, dos quais são exemplo a patente russa RU2015715 e o pedido de patente "Dispositivo Gerador de Cavitação Hidrodinâmica", de minha autoria. A patente russa é uma simples cópia do tubo de vórtice Hilsh-Rankine em escala ampliada e que, como este, apresenta modesta eficiência; quanto ao dispositivo de minha autoria, fica restrito a líquidos isentos de partículas sólidas, necessitando de filtro para evitar entupimento, como a maioria dos geradores de cavitação hidrodinâmica; outro exemplo é a publicação de pedido de patente norte-americanas 20070189114, de construção bastante complexa. Todas as formas de cavitação descritas acima tem por objetivo o aquecimento de líquidos, principalmente a água ou transformações físico-químicas como homogeneização, emulsão, dissolução de gases, degasificação e decantação de partículas sólidas, a potencialização de catalisadores e a aceleração de reações químicas tais como esterificação e transesterificação, principalmente nos processos de produção de biodiesel; purificação e esterilização de líquidos, com destaque para a água, destruindo micro-organismos, como microalgas, bactérias, vírus e fungos, tanto mecanicamente, através do impacto das ondas de choque, as quais provocam rompimento celular e cavitação induzida no interior das células vivas, quanto pela oxidação, proporcionada por radicais reativos como hidroxila e peróxido de hidrogénio, os quais são produzidos durante os processos de cavitação. Muitos fabricantes de aparelhos com essa finalidade reivindicam a produção e a liberação de uma quantidade de energia maior do que a empregada, traduzida em aumento de temperatura do líquido, embora em pequenas proporções.

Tratando agora, exclusivamente, do aquecimento de líquidos como objetivo, temos os processos de aquecimento pela queima de combustíveis fósseis, biocombustíveis e resistências elétricas, todos com comprovada eficiência de transformação energética um pouco acima ou abaixo de 90 %.

Também são amplamente conhecidos os processos e dispositivos para aquecimento de água e outros líquidos que utilizam energia elétrica, combustíveis fósseis, energia solar ou termonuclear. Ainda são bastante utilizados aparelhos que possibilitam alguma economia de energia capturando energia térmica contida na atmosfera: os aquecedores de condensação, que queimam gás ou combustíveis líquidos os quais tipicamente obtêm rendimento médio de 114 %, incorporando uma média de 18% através da condensação do vapor d água contido no ar atmosférico, que são utilizados, por enquanto, somente nas latitudes de clima frio; outro processo bem conhecido, muito utilizado em piscinas de lazer é o das denominadas "bombas de calor", que são dispositivos trocadores de calor com circuito de refrigeração inverso (ciclo de Carnot) que capturam a energia térmica do ar atmosférico e a transferem para a água, o que lhes proporciona uma eficiência média, anunciado pelos fabricantes de 250% ou mais em relação à energia consumida. Essa vantagem se reduz na medida em que diminui a temperatura do ar e/ou aumenta a temperatura do líquido, até valores que a tornam economicamente desvantajosa. Como a produção de energia térmica nesses aparelhos apresenta, geralmente, valores que superam os da energia consumida, a unidade de referência é o COP - coeficiente de performance - que é o quociente da energia obtida pela consumida.

A presente patente de invenção descreve um mecanismo capaz de aquecer água e, diretamente ou por troca de calor, outros líquidos e o ambiente com COP superior a 2, ou seja, mais de 200% em relação à energia fornecida na entrada do aparelho, além de ser capaz de realizar, com a mesma eficiência, as demais transformações anteriormente descritas e atribuídas à cavitação de líquidos, não condicionado à temperatura e à umidade relativa do ambientes, podendo atingir temperaturas superiores a 250° C quando trabalha em circuito fechado, estando pressurizado, de modo a impedir a mudança do líquido de trabalho para a fase vapor. O presente gerador não contraria a lei de conservação de energia, pois acumula um somatório das energias sabidamente liberadas durante um processo de cavitação: recupera, na forma de calor, a energia cinética imprimida ao líquido, absorve a energia liberada pela dissociação e ionização das moléculas do vapor do líquido do interior das microbolhas e incorpora a energia emitida pelas microrreações químicas que ocorrem no instante da implosão das microbolhas de cavitação, as quais são desencadeadas por pressões pontuais superiores a 1000 BAR e temperaturas maiores que 5.000° K. Esse gerador pode ser acionado por qualquer fluxo de líquido e tem produção proporcional à vazão e à pressão desse fluxo. Pode utilizar qualquer tipo de bomba, movimentada por motores elétricos ou à combustão, diretamente por dispositivo eólico e, até mesmo, por acionamento manual, em casos especiais, como no de purificadores de água de emergência. A presente invenção também pode ser empregada para evitar formação de depósitos minerais e incrustações em tubulações, reservatórios de água, caldeiras e outras instalações hidráulicas; pode ser utilizado ainda, eficientemente, para a desativação enzimática e processamento de proteínas em alimentos líquidos. A presente invenção, de acordo com os testes dos protótipos, obtém os resultados acima mencionados pelo fato de ser capaz de gerar, a partir da cavitação hidrodinâmica de fluxo turbulento, cavitação hidrosônica dentro de uma câmara de ressonância onde o escoamento é de natureza laminar; o acionamento e geração das ondas ultrassônicas pela flutuação da pressão no fluxo turbulento é de, aproximadamente, 4 vezes mais eficiência do que aquelas geradas por transdutores piezoelétricos. A cavitação hidrodinâmica produz nuvens de microbolhas de grande densidade devido à sua capacidade de fracionar o fluxo de líquido dispersando-o radialmente numa lâmina muito fina de alta velocidade, cuja espessura pode ser regulada externamente, de acordo com a pressão do fluxo e as características de densidade e viscosidade do líquido. Um fino disco limita a espessura do venturi radial onde o líquido é acelerado; o aumento da velocidade, de acordo com o princípio de Bernoulli, diminui a pressão, e o disco é empurrado violentamente pela pressão maior do líquido à jusante; com a diminuição da fenda, a pressão aumenta instantaneamente a montante, empurrando o disco para a posição inicial. Como o disco é suportado por elementos elásticos, um movimento vibratório é estabelecido, com aceleração proporcional à pressão do fluxo, e a área do disco e inversamente proporcional à massa deste. Como as forças atuantes sobre o disco atingem facilmente dezenas de quilogramas-força sobre a pequena massa do disco, o módulo da aceleração é bastante significante, estabelecendo frequências que vão depender da constante de compressão dos elementos elásticos. Esse movimento vibratório determina uma flutuação da velocidade e da pressão com que o líquido flui através da fenda, produzindo oscilação na pressão a montante e a jusante do disco, propagadas como ondas de pressão; ao mesmo tempo, é gerada cavitação hidrodinâmica na fenda, onde um número menor de microbolhas de maior diâmetro é produzido nos instantes de maior velocidade, e uma quantidade maior de microbolhas de menor diâmetro é gerada nos momentos de menor velocidade. A amplitude do movimento do disco pode variar de alguns milésimos de milímetro até mais de 1 mm, dependendo da sua massa, do momento inercial e da pressão conferida aos elementos elásticos, e a frequência pode ser ajustada da faixa audível até a faixa centenas de kHz. O movimento do disco permite a utilização de fendas muito estreitas sem provocar entupimentos e sem a necessidade de filtros, os quais desperdiçam energia na forma de perda de carga, gerando uma densidade muito maior da nuvem de microbolhas de cavitação sem que ocorra o fenómeno de "vena contracta", próprio dos aparelhos de placas de orifícios; também a quantidade de energia que seria dissipada, como vibrações e ruído, é convertida em energia útil, transmitido na forma de ondas de pressão para uma câmara, dita câmara de ressonância, na qual o líquido se movimenta lentamente em escoamento laminar em relação à onda estacionária que se forma e que delimita regiões de alta flutuação da pressão, fazendo com que dita câmara de ressonância atue como num sistema acionado por ultrassom, onde uma nuvem de microbolhas esféricas surge na fase de baixa pressão e implode na fase de alta pressão de cada onda.. Tanto a frequência das vibrações como do tempo de exposição do fluxo de líquido às ondas de pressão são ajustáveis externamente, com o aparelho em funcionamento.

A descrição que segue, tanto dos componentes quanto do funcionamento, associada às figuras anexas detalham, explicam e farão bem entender, de maneira não limitativa, o escopo e a disposição construtiva da presente invenção.

A figura 1 mostra um corte do presente gerador de cavitação montado e exibe, través das setas, a trajetória e a maneira como um líquido se movimenta no interior deste aparelho.

A figura 2 é uma vista explodida do corte longitudinal do presente gerador de cavitação. A figura 3 mostra a disposição e a trajetória das ondas de pressão no interior da dita câmara de ressonância.

A figura 4 é espectro gráfico que representa ondas de pressão emitidas no interior do presente gerador de cavitação, captadas por um sensor de pressão.

As figuras 5, 6, 7 e 8 apresentam variações construtivas do dito diafragma (30).

A figura 9 exemplifica a configuração de um circuito hidráulico que utiliza o presente gerador de cavitação com reservatórios abertos.

A figura 10 mostra o presente gerador de cavitação circuito hidráulico dotado de sistema de bypass.

A figura 11 mostra um desenho esquemático de circuito hidráulico para aquecimento de passagem.

A figura 12 apresenta um desenho esquemático de circuito hidráulico dotado de trocador de calor.

O presente gerador de cavitação é composto por:

uma câmara èm forma de pote, preferencialmente cilíndrica, dita câmara de alta pressão (1), que é dotada de um tubo dito de alimentação (2) adequado a conectar essa câmara (1) a uma tubulação; dita câmara de alta pressão (1) é provida, em seu fundo, de um suporte (3) com um orifício central dotado de rosca interna (4), ambos com eixo geométrico coincidente com,o_ dessa câmara (1), a qual possui, na sua extremidade aberta ou borda, um flange (5) ou outro meio de fixação, destinado a uni-la estanque e firmemente no restante corpo do aparelho;

um tubo cilíndrico que é posicionado no interior da dita câmara de alta pressão

(I) , dito tubo de vórtice (6), dotado de aberturas laterais (7) cujos eixos geométricos são alinhados tangencialmente ao diâmetro desse tubo (6);

uma peça dita divisor anular (8) com forma preferencialmente discóide e bordas em forma de flange (9), adequado a conectar-se estanque e firmemente ao flange (5) da dita câmara de alta pressão (1); dito divisor anular (7) é dotado, numa das faces, de um ressalto cilíndrico central com uma abertura circular de perfil interno convergente (10) adequada a conectar-se, de modo estanque, ao dito tubo de vórtice (6), e, na face oposta, de outro ressalto com seção semicircular

(I I) posicionado na periferia da abertura circular (10) formando meio tubo de venturi anular, em cujas bordas externas se inicia, complementarmente, uma cavidade circular concêntrica (12), cuja seção tem forma semicircular;

uma peça, dita disco semitoroidal anular (13) com forma geral anular e bordas em forma de flange (14), adequado a conectar-se estanque e firmemente ao flange (9) do dito divisor anular (8) que apresenta, na face que se conecta a essa peça (8), uma cavidade de seção semicircular (15) , de maneira que, unidas as duas peças (8 e 13), seja formada uma cavidade toroidal completa com uma abertura circular (16) voltada para o centro, e, na face oposta, um ressalto circular de seção retangular (17);

uma câmara cilíndrica em forma de copo, dita câmara de ressonância (18), com uma das extremidades fechada (19) fixada na extremidade de uma haste dita haste de regulagem da vazão (20), cuja extremidade livre é dotada de rosca (21); a borda aberta desta câmara de ressonância (18) é posicionada a uma pequena distância do dito ressalto circular de seção retangular (17) do dito disco semitoroidal anular (13), concentricamente, formando uma fenda circular (22), de modo que, ao ser aproximada ou afastada do dito ressalto de seção retangular (17) diminui ou aumenta a área da dita fenda circular (22);

uma câmara em forma de pote, preferencialmente cilíndrica, dita de câmara coletora (23), que é dotada de um tubo dito de descarga (24) adequado a conectar esta câmara a uma tubulação de circuito hidráulico; dita câmara coletora (23) é provida, no seu fundo, de um suporte (25) com um furo central com rosca interna (26) compatível com a rosca (21) da dita haste de regulagem de vazão (20), cujo eixo geométrico é coincidente com o dessa câmara (23) e com o da dita câmara de ressonância (18), para a qual serve de suporte; na extremidade aberta ou borda, esta câmara coletora (23) conta com um flange (27) ou outro meio de fixação destinado a uni-la estanque e firmemente ao flange (14) do dito disco semitoroidal anular (13).

uma haste cilíndrica, dita haste de regulagem da pressão (28), dotada, em uma das extremidades, de rosca (29) compatível com a existente no dito orifício central (4) situado no fundo da chamada câmara de alta pressão (1) no qual se insere e, próximo da extremidade oposta, um ressalto de forma geral cónica com laterais côncavas, dito ressalto divisor de fluxo (30), cuja base é voltada para essa extremidade; dita haste reguladora de pressão (28) ultrapassa a base do mencionado ressalto divisor de fluxo (30), e essa extremidade é dotada de uma rosca (31) na qual é atarraxada uma porca (32) ou outro meio capaz de reter molas (33) ou discos de elastômero (34) posicionados entre a base do dito divisor de fluxo (30) e sua extremidade próxima;

um disco delgado, dito diafragma (35), com diâmetro maior do que o diâmetro do mencionado ressalto de seção semicircular (11) que forma dito divisor anular (8), o qual é posicionado, concentricamente, bem próximo a este, formando uma fenda circular estreita (36) com seção em forma de venturi; dito diafragma (35) é dotado de um fiiro central (37) no qual se insere a extremidade da dita haste reguladora de pressão (28) e que conta, em ambos as faces, com molas (32) ou discos de elastômero (33), de maneira que a mencionada porca (32) que os retém, possa regular a pressão de todo o conjunto contra a base do mencionado divisor de fluxo (30), de modo que, dito diafragma (35) possa movimentar-se em curso limitado ao longo da extremidade da haste reguladora de pressão (28), pressionando as citadas molas (33) ou discos de elastômeros (34), tanto na direção da extremidade da dita haste reguladora de pressão (28) quanto na direção da base do dito divisor de fluxo (30);

um retentor (38), ou outro elemento vedante, posicionado em torno da dita haste reguladora de pressão (28), encaixado em alojamento (39) conformado na superfície interna do fundo da dita câmara de alta pressão (1) com a função de impedir vazamentos;

um retentor (40), ou outro elemento vedante, posicionado em torno da dita haste de regulagem da vazão (20), encaixado em alojamento (41) conformado na superfície interna do fundo da dita câmara coletora (23) com a função de impedir vazamentos;

duas manipulas (42) ou meios ergométricos facilitadores de acionamento manual fixados nas extremidades externas, tanto da haste reguladora de pressão (28) quanto da haste regulagem de vazão (20), que ultrapassam ditos furos com roscas internas (4 e 26) cujas porções com roscas (21 e 29) recebem também contraporcas (43) destinadas a travar essas hastes nas posições selecionadas. Na montagem do presente gerador, são utilizadas juntas de vedação (44), as quais são intercaladas entre os flanges da dita câmara de alta pressão (1), do dito divisor anular (8), do dito disco semitoroidal (13) e da dita câmara coletora, os quais são unidos fortemente por conjuntos de parafusos (45) e porcas (46) distribuídos nos furos (47) existentes nos flanges e que são coincidentes entre si.

Dito diafragma (35) é um disco delgado para que sua massa seja reduzida suficientemente de modo a atingir frequências elevadas, mas, ao mesmo tempo, deve suportar forças deformantes relativamente significativas; para que possa operar em frequências ultrassônicas, é necessário que seja construído em materiais resistentes e não oxidáveis pelos líquidos em processamento; as figuras 5, 6 7 mostram variações construtivas que acrescentam resistência de forma e que, ao mesmo tempo, geram formas de ondas que aumentam os cruzamentos nodais entre as frentes primárias e as refletidas no fundo da dita câmara de ressonância; a figura 8 mostra um disco com vários pequenos furos (48), artifício utilizado para diminuir a massa dos ditos diafragmas e, ao mesmo tempo, produzir cavitação adicional. O funcionamento do presente gerador de cavitação hidrodinâmica e hidrossônica tem início quando o líquido de trabalho é introduzido na dita câmara de alta pressão, de onde é imediatamente direcionado para o interior do dito tubo de vórtice através de suas aberturas laterais orientadas tangencialmente, sofrendo aceleração angular e assumindo movimento espiralado ao redor da chamada haste reguladora de pressão; ao atingir dito divisor, é direcionado radialmente para fora, passando através da fenda estreita, sofrendo forte aceleração e reduzindo drasticamente a pressão; essa depressão faz com que dito diafragma seja empurrado contra o ressalto de seção circular, diminuindo abruptamente a área de escoamento da dita fenda, sem fechá-la totalmente, mas diminuindo o volume do fluxo do líquido, o que ocasiona um aumento da pressão a montante; a velocidade de passagem do líquido aumenta ainda mais, e maior depressão é produzida, mas a inércia do fluxo (golpe de aríete parcial) aumenta mais a pressão que atua sobre uma área maior do diafragma, empurrando-o violentamente em sentido contrário; como dito diafragma é contido, de ambos os lados, por elementos elásticos, um movimento oscilatório ressonante estabelece-se de acordo com f=(P x A x t)/(l x m), onde f é a frequência, P, a pressão do fluxo, A, a área de atuação das forças no diafragma, t, o tempo, I, o comprimento do curso do diafragma e m, a massa do mesmo; esse movimento vibratório, que alcança facilmente frequências ultrassônicas, é transmitido para o volume de líquido a jusante do dito diafragma com a intensidade I = (P x Q)/ (A x k), onde I é a intensidade em w/cm 2 , P, é a pressão em kgf/cm 2 , Q, a vazão do fluxo em litros por minuto, A, a área do diafragma e k, a constante = 0,6; a pressão oscilante na passagem do fluxo pelo ponto mais estreito do venturi anular é sempre inferior ao ponto de vapor do líquido, o que produz uma densa nuvem de microbolhas de cavitação; como o fluxo é orientado radialmente dentro da abertura do venturi, a velocidade cai exponencialmente, ocorrendo o inverso com a pressão, o que provoca o colapso das microbolhas num espaço de tempo muito curto; o espaço toroidal ao redor da fenda circular faz com que o fluxo de líquido produza vórtices toroidais, cuja pressão centrífuga periférica cria uma barreira de alta pressão que impede a erosão das paredes internas do presente gerador, implodindo as microbolhas longe destas; o fluxo de líquido é dirigido para dita câmara de ressonância (1), cujo diâmetro deve ser substancialmente maior do que o da tubulação de alimentação, fazendo com que o líquido se movimente mais lentamente em escoamento laminar, de maneira que permaneça mais tempo exposto ao trem de ondas de pressão geradas pelo dito diafragma; essa velocidade de afastamento do fluxo em relação ao dito diafragma regula o efeito Doppler e gera um trem de ondas refletidas de menor comprimento e maior frequência; o líquido que preenche dita câmara de ressonância flui para a câmara que a envolve, dita câmara coletora, onde o líquido absorve as vibrações induzidas nas paredes da dita câmara de ressonância, sendo, então, forçado para fora através do dito tubo de descarga. As microbolhas geradas por ultrassom são de forma geral esféricas e implodem com energia E= 4/3.pi.R 3 .P, onde R, é o raio das microbolhas e P, a pressão de pico das ondas de pressão.

No aquecimento de água em reservatórios abertos (fig. 9) como spas, piscinas e banheiras e boilers (49), que operam em temperaturas até a da vaporização da água, o líquido é aspirado diretamente do reservatório (49) por uma bomba motorizada (50) e injetado no tubo de alimentação do presente gerador (51), que o descarrega novamente no reservatório (49); essa configuração também pode ser adotada para esterilização de líquidos, aceleração de reações químicas, emulsificação, produção de biodiesel e outros efeitos provocados por cavitação intensa; para aquecimento dito de passagem, faz-se necessário um sistema de "by pass" (52), controlado por válvulas (53) que regulam a quantidade de líquido que deve ser reprocessada no presente gerador e a vazão que é liberada numa determinada temperatura, de acordo com a potência da motobomba instalada (fig 10); o presente gerador tem capacidade para produzir calor além do ponto de vapor da água à pressão ambiente para caldeiras, desde que a fase líquida seja mantida por pressurização do sistema, que, como ilustra a fig.11, deve, obrigatoriamente, contar com uma válvula de segurança (54). Para aquecer outros líquidos em que não seja desejado o contato com o presente gerador, como no caso de alimentos, produtos químicos ou aquecimento de ambientes, é necessário que a energia seja transferida através de um trocador de calor (55), como mostra a fig.12. Necessariamente, esse circuito deve contar com um tanque decantador de gases (56) dotado de válvula de segurança (54).