BRPI0619574A2 - método e aparelho para separação de partìculas submergidas a partir de um fluido - Google Patents

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA SEPARAçãO DE PARTìCULAS SUBMERGIDAS A PARTIR DE UM FLUIDO. A presente invenção se refere a um método e a um aparelho para separação de partículas a partir de um fluido, referidas partículas sendo dispersadas no fluido e consistindo de partículas mais leves com uma densidade mais baixa do que o volume do fluido, e opcionalmente de partículas mais pesadas com uma densidade mais alta do que o volume do fluido. Em concordância com a presente invenção, o referido método compreende as seguintes etapas: - alimentação do fluido contendo partículas para um dispositivo de separação; - distribuição uniformemente do fluido acima de pelo menos partes da área de seção transversal por fluência através de um dispositivo de distribuição (12) em uma câmara de entrada (11); - provisão do fluido contendo partículas com uma velocidade específica e condução do fluido para uma ou mais superfícies de coletagem (5, 9); - coalescência das partículas mais leves sobre as superfícies de coletagem (5, 9); - remoção das partículas mais leves coalescidas a partir das superfícies de coletagem (5, 9); - remoção do fluido exaurido de partículas e das partículas coalescidas mais leves em pelo menos duas correntes separadas (2, 3); e - opcionalmente remoção das partículas mais pesadas a partir do fundo do dispositivo de separação em pelo menos uma corrente separada (4).

Description

"MÉTODO E APARELHO PARA SEPARAÇÃO DE PARTÍCULAS SUBMERGIDAS A PARTIR DE UM FLUIDO"

PANORAMA - CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um método para separação de partículas a partir de um fluido, referidas partículas sendo dispersadas no fluido e consistindo de partículas mais leves com uma densidade mais baixa do que o volume do fluido, e opcionalmente de partículas mais pesadas com uma densidade mais alta do que o volume do fluido. A presente invenção também se refere a um aparelho para separação de partículas a partir de um fluido, referidas partículas sendo dispersadas no fluido e consistindo de partículas mais leves com uma densidade mais baixa do que o volume do fluido, e opcionalmente de partículas mais pesadas com uma densidade mais alta do que o volume do fluido, referido aparelho compreendendo um vaso com pelo menos uma entrada para o fluido a ser separado, com pelo menos uma saída para fluido exaurido de partículas, e com pelo menos uma saída para partículas mais leves separadas, e opcionalmente pelo menos uma saída para partículas mais pesadas.

PANORAMA - DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção pode ser utilizada em uma abrangente faixa de aplicações e indústrias onde existe uma necessidade para separação e extração de partículas submergidas a partir de um fluido. Algumas destas áreas de aplicação estão listadas na descrição de operação. Uma das aplicações mais importantes está dentro da separação de petróleo a partir de água.

Durante o processo de produção de petróleo ou trazendo petróleo para a superfície, existe uma quantidade significativa de água sendo trazida para cima a partir do reservatório. As quantidades de água irão variar a partir de 10 % - 90 % do volume total de óleo / água e aumentam na medida em que o campo de petróleo amadurece. Esta água é referida como água produzida.

A água é separada a partir do petróleo em diversos estágios e é após isso tanto re-injetada para o reservatório ou quanto descarregada. Requerimentos para conteúdo de óleo-em-água máximo são regulamentados por autoridades locais e rotineiramente ajustados para 40 ppm. Este limite tem expectativa de ser diminuído na medida em que consciência ambiental aumenta, a melhor tecnologia se torna disponível e o volume total de água produzida aumenta devido ao amadurecimento de campos de petróleo.

A quantidade total de água sendo descarregada através de água produzida é, em 2.005 estimada ser de 2,1 milhões de barris. Por volta de 2.010 o número tem expectativa de ser de 3 milhões de barris por dia. A estimativa é fundamentada sobre volumes descarregados de água produzida de 70 bilhões de barris por dia em 2.005 e de 100 bilhões de barris por dia em 2.010. Métodos existentes para separação de partículas de petróleo a partir de água incluem a utilização da flotação de gás, de gravidade e de forças centrífugas. Equipamento inclui vasos de flotação, tanques de flotação de gás de indução horizontais e verticais, tanques de flotação compactos, centrífugas, ciclones, etc.

A teoria de flotação de gás de indução é a de que partículas submergidas tais como petróleo irão se atar para as bolhas e se elevar (subir) para a superfície. Velocidade ascendente varia com tamanho de bolha e é governada pela Equação de Stoke. Uma vez que as partículas são trazidas para a superfície, as mesmas irão ser raspadas (escumadas) ou sifonadas para fora e, por conseqüência, separadas a partir do fluido principal.

Todos estes métodos e os equipamentos envolvidos possuem limitações na medida em quão efetivo o processo é, quão confiável o processo / equipamento é e assim por diante. Equipamento existente também possui consideráveis desvantagens quando se vem a considerar tamanho, peso, complexidade de instalação e operação.

Na medida em que o campo de petróleo amadurece, a necessidade para equipamento de processamento de água adicional aparece. Equipamento pesado e complexo é difícil de montagem para facilidades de produção existentes. Espaço disponível tem que ser localizado, novas tubulações tem que ser instaladas e acesso assegurado para manutenção e operação do equipamento.

Estado da técnica tal como a patente européia número EP 1.335.784 Bl e a patente norte americana número US 6.749.757 apresentam unidades de flotação verticais, compactas. Gás é induzido tanto à montante do vaso ou quanto é adicionado para fluido sendo reciclado na unidade. Fundamentado sobre os princípios da Equação de Stoke, os vasos requerem grandes volumes para conseguir tempo de retenção necessário para que as bolhas de gás venham a alcançar a superfície. Portanto, as unidades são relativamente grandes. As unidades têm mostrado variados graus de eficiência dependentes do tipo de água a ser tratada.

A patente européia número EP 1.335.784 Bl descreve um tanque de flotação e de desgaseificação compacto utilizando movimentação ciclônica. Injeção de gás e de produtos químicos é adicionada para aumento da efetividade do processo. A maior parte das aplicações reivindica por remoção de petróleo além da capacidade de uma unidade única. Capacidade de remoção de petróleo adicional é então obtida por adição de uma segunda ou de uma terceira unidade de tratamento, ocupando estaco de deque (convés) adicional e adicionando para os custos da instalação.

A patente norte americana número US 6.749.757 descreve uma unidade de flotação para separação de petróleo a partir de água produzida, também utilizando movimentação ciclônica. A unidade é mais complexa do que aquela da patente européia número EP 1.335.784 BI, possuindo mais equipamento auxiliar construído para o projeto. Um anel aberto (Ioop) de reciclagem de água e gás é tracionado por uma bomba centrífuga separada e inclui um conjunto de extratores de gás para cada bocal de reciclo. Água para o anel aberto (Ioop) de reciclo é coletada a partir da saída de água principal do vaso, gás a partir da fase de gás no topo do vaso. Partículas de petróleo são coletadas por uma tina de petróleo por elevação do nível de líquido global no tanque. Uma bomba separada é utilizada para descarga do conteúdo da tina de petróleo. A unidade não foi tão intensamente provada ser muito bem sucedida no mercado. Isto se acredita ser devido ao projeto complexo da unidade e à operação, às expectativas de custos de manutenção relativamente altos, e bem como uma grande pegada (impressão) e volume global.

Outro estado da técnica inclui unidades de flotação ciclônica tais como aquelas descritas na patente norte americana número US 4.094.783 e na patente norte americana número US 5.207.920.

Unidades de flotação e unidades de flotação de indução de gás examinadas incluem aquelas descritas nas patentes norte americanas números US 3.797.203, US 4.186.087, US 4.364.833, US 4.830.755, US 5.011.597, US 5.484.534, US 5.584.995, US 5.840.183 e US 6.238.569.

Outro estado da técnica para separação de partículas submergidas a partir de um fluido inclui unidades de filtro descritas nas patentes norte americanas números US 4.572.786 e US 4.839.040.

Um vaso incluindo um defletor em espiral vertical é apresentado na patente norte americana número US 4.425.239. Separadores estão incluídos na patente norte americana número US 4.424.068 e nos pedidos de patente internacionais números W09900169 e WO 9002593. Centrífuga para separação é apresentada na patente norte americana número US 2.816.490 e finalmente ciclones utilizados para separação de partículas a partir de fluidos são apresentados nas patentes européias números EP 0.522.686 e EP 0.566.432.

O estado da técnica inclui tanques de flotação, tanques de flotação de gás induzido (IGF) e unidades de flotação compactas (CFU). Flotação é fundamentada sobre partículas de movimentação através do fluido volumoso por utilização de gravidade para uma superfície para coletagem e remoção. Bolhas de gás e produtos químicos são adicionados para reforço adicional deste processo. Partículas a serem separadas são pequenas e irão somente se atar para pequenas bolhas e após isso se elevar para a superfície. A velocidade de elevação é determinada pela Equação de Stoke - partículas menores se movimentam mais lentamente do que aquelas maiores. A desvantagem do método de flotação devendo utilizar pequenas bolhas é a de que o mesmo requer longos tempos de residência e, por conseqüência, grandes vasos.

A presente invenção utiliza fluxo controlado para movimentação das partículas como o fluido para a superfície. Todas as partículas, independentemente de tamanho são movimentadas para a superfície de coletagem com a mesma velocidade, a saber aquela do fluido volumoso. Testagem mostrou que partículas podem ser movimentadas de 10 vezes até 100 vezes mais rápido do que a velocidade proporcionada por gravidade e ainda assim a separação desejada na superfície irá ser conseguida. 0 método da presente invenção pode, por conseqüência, processar grandes quantidades de fluido sem ser dependente do tempo de residência como requerido por flotação.

Outros métodos descritos no estado da técnica e rotineiramente utilizados para separação de partículas a partir de um fluido são unidades de coalescência e unidades de movimentação ciclônica. Em uma unidade coalescente de placa, o fluido com partículas submergidas está se movimentando debaixo de placas inclinadas e partículas que entram em contato com a superfície de placa irão coalescer e eventualmente flotar (flutuar) ao longo da placa para uma superfície de coletagem. Unidades coalescentes de placa são fundamentadas em gravidade e funcionam bem para partículas grandes, mas não irão manipular partículas pequenas devido para o fato de que não existe tempo de elevação suficiente na medida em que o tempo para aquelas que passam através do empacotamento de placa é excessivamente curto. Unidades coalescentes de placa são instalações grandes e requerem tempo de parada freqüente para limpeza e manutenção. A presente invenção não é fundamentada sobre gravidade para movimentar as partículas para uma superfície de separação ou coalescência e, por conseqüência, manipula tanto grandes e quanto pequenas partículas. As unidades são pequenas e partículas são removidas sobre uma base contínua para acomodação para menos manutenção.

O terceiro método rotineiro descrito no estado da técnica para separação de partículas a partir de um fluido é a utilização de movimentação ciclônica como observado em hidrociclones e centrífugas. As desvantagens destes tipos de equipamento são alto consumo de energia, alta manutenção de partes móveis e alto custo de capital. A presente invenção não possui nenhum consumo de energia, não possui partes móveis, tem baixa manutenção e baixo custo de capital.

Para concluir, a diferença primordial entre o estado da técnica e a presente invenção é a de que a capacidade de separação ou tratamento para a presente invenção não é determinada ou limitada por gravidade, mas por como o fluxo é guiado em direção de uma superfície para separação... A velocidade de fluxo para a presente invenção deve estar abaixo de um valor crítico. 0 valor crítico é dependente da diferença relativa em densidade entre as partículas submergidas e o fluxo principal, mas irá estar tipicamente entre 0,05 m/s e 0,3 m/s. Esta velocidade irá sempre ser mais alta do que aquela que pose ser conseguida por gravidade.

Com a demanda aumentada para tratamento de água no petróleo, processo e outras indústrias do método e aparelho como descritos pela presente invenção, irão auxiliar custo mais baixo e, por conseqüência, tornar efetivos sistemas disponíveis para satisfazer os futuros desafios de manutenção do meio ambiente limpo.

OBJETIVOS E VANTAGENS DA PRESENTE INVENÇÃO

Conseqüentemente, objetivos e vantagens da presente invenção são os de proporcionar um método e aparelho para separação de partículas submergidas a partir de um fluido:

(a) que possui uma capacidade de tratamento mais alta

(b) que é mais confiável do que sistemas existentes

(c) que possui um baixo custo

(d) que requer pouco espaço e é fácil para instalação

(e) que possui um baixo peso

(f) que é seguro de fácil para operação

(g) que é fácil para manutenção e reparo

(h) que não é dependente de equipamento auxiliar ou aditivos

(i) que é fácil para expansão Estes e outros objetivos são conseguidos por um método para separação de partículas a partir de um fluido, referidas partículas sendo dispersadas no fluido e consistindo de partículas mais leves com uma densidade mais baixa do que o volume do fluido, e opcionalmente de partículas mais pesadas com uma densidade mais alta do que o volume do fluido, referido método compreendendo as seguintes etapas:

- alimentação do fluido contendo partículas para um dispositivo de separação;

- distribuição uniformemente do fluido acima de pelo menos partes da área de seção transversal por fluência através de um dispositivo de distribuição em uma câmara de entrada;

- provisão do fluido contendo partículas com uma velocidade específica e condução do fluido para uma ou mais superfícies de coletagem;

- coalescência das partículas mais leves sobre as superfícies de coletagem;

- remoção das partículas mais leves coalescidas a partir das superfícies de coletagem; remoção do fluido exaurido de partículas e das partículas coalescidas mais leves em pelo menos duas correntes separadas; e

- opcionalmente remoção das partículas mais pesadas a partir do fundo do dispositivo de separação em pelo menos uma corrente separada.

Em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, o dispositivo de distribuição é uma placa perfurada ou um tubo perfurado. A superfície de coletagem é preferivelmente uma ou mais superfícies sólidas, uma ou mais interfaces de gás / líquido ou combinações das mesmas.

A velocidade específica do fluido contendo partículas está preferivelmente na faixa a partir de 0,001 m/s até 1 m/s relativamente para a superfície de coletagem, mais preferivelmente a partir de 0,05 m/s até 0,3 m/s.

A presente invenção também se refere a um aparelho para separação de partículas a partir de um fluido, referidas partículas compreendendo partículas mais leves com uma densidade mais baixa do que o volume do fluido, e opcionalmente partículas mais pesadas com uma densidade mais alta do que o volume do fluido, referido aparelho compreendendo um vaso com pelo menos uma entrada para o fluido a ser separado, com pelo menos uma saída para fluido exaurido de partículas, e com pelo menos uma saída para partículas mais leves separadas, e opcionalmente pelo menos uma saída para partículas mais pesadas, referido aparelho adicionalmente compreendendo:

- dispositivo de distribuição para distribuição do fluido uniformemente acima de pelo menos partes da área de seção transversal;

- uma ou mais superfícies de coletagem para coletagem e coalescência de partículas a partir do fluido.

Referido dispositivo de distribuição preferivelmente compreende uma placa com aberturas indo de lado a lado, um tubo perfurado ou um ou mais tubos de direcionamento de fluxo, através dos quais o fluido passa. As superfícies de coletagem são preferivelmente uma ou mais superfícies sólidas, uma ou mais interfaces gás / líquido ou combinações das mesmas.

Em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, referido aparelho compreende pelo menos uma superfície de coletagem, e uma câmara de entrada conectada para referida, pelo menos uma entrada, referida câmara de entrada sendo proporcionada com uma placa com aberturas indo de lado a lado ou um ou mais tubos de direcionamento de fluxo, através dos quais o fluido passa e sendo uniformemente distribuídas acima de pelo menos uma parte da área de seção transversal do aparelho, e opcionalmente recurso de guia para guia do fluxo de fluido em direção de referidas superfícies de coletagem.

Referido vaso possui uma seção transversal genericamente circular e compreende uma parede lateral vertical, genericamente cilíndrica, um topo de vaso e um fundo de vaso, referido topo de vaso, uma interface gás / líquido ou combinações das mesmas, que constituem a superfície de coletagem, referido topo de vaso compreende uma armadilha de partículas compreendendo um tampão cilíndrico no qual referida saída é proporcionada.

Em concordância com uma concretização preferida do aparelho da presente invenção, referida superfície de coletagem compreende pelo menos um tampão interno com uma seção cilíndrica, genericamente vertical com um envoltório de topo e um tampão menor, cilíndrico no centro de topo do envoltório de topo, referida saída compreende uma parte genericamente cilíndrica que se projeta para o vaso e parte cilíndrica para a qual o tampão cilíndrico se projeta, de que um tubo de saída para partículas mais leves separadas é conectado para o tampão cilíndrico e se projeta para fora através da parte cilíndrica, de que a parte superior do vaso, acima do envoltório de topo compreende uma câmara com um tubo de saída de partícula, e opcionalmente com um quebrador de vórtice de saída.

Em concordância com uma outra concretização preferida da presente invenção, o aparelho compreende diversas câmaras internas colocadas verticalmente uma acima da outra, e de que cada câmara é proporcionada com um tubo de saída de partícula separado, e o aparelho adicionalmente compreende diversas pás helicoidais circulares montadas no interior da parte cilíndrica do vaso, entre cada uma das câmaras, entre cada câmara, referidas pás helicoidais circulares possuindo uma grande abertura circular no centro.

Em concordância com uma outra concretização preferida da presente invenção, o aparelho compreende um vaso substancialmente horizontal, alongado, vaso primordialmente cilíndrico com uma ou mais superfícies de coletagem, onde a superfície de coletagem primordial é a interface gás / líquido, a parte superior interna do vaso e adicionalmente tanto uma ou mais placas substancialmente horizontais superpostas ou pelo menos uma, preferivelmente mais tubulações substancialmente horizontais concêntricas.

Referido dispositivo de entrada compreende um manifold de entrada com diversas aberturas para distribuição do fluido a ser separado para o vaso, referido manifold de entrada sendo constituído de um tubo que corre substancialmente paralelo com o eixo geométrico horizontal do vaso.

O vaso cilíndrico preferivelmente possui uma entrada para fluido a ser separado em uma extremidade e uma saída para fluido separado na outra extremidade, em que o dispositivo de entrada compreende um cone de expansão e uma pá helicoidal de entrada adjacente à entrada para distribuição do fluido a ser tratado, em que as superfícies de coletagem consistem da interface gás / líquido e/ou da metade superior interior do vaso e pelo menos dois tubos concêntricos com pás helicoidais angulares de maneira a proporcionar o fluido com uma movimentação rotacional, e em que o vaso possui uma saída para a remoção de partículas leves e uma saída para a remoção de partículas mais pesadas.

O eixo geométrico longitudinal do vaso cilíndrico é preferivelmente angular em relação ao eixo geométrico horizontal, resultando em que o nível da saída é mais alto do que o nível da entrada.

Em concordância com uma concretização preferida do aparelho em concordância com a presente invenção, as superfícies de coletagem são uma combinação de diversas superfícies sólidas e uma ou mais interfaces gás / líquido, referidas superfícies sólidas são anulares e em que algumas das superfícies sólidas anulares são superpostas com um espaçamento vertical mútuo e possuem um diâmetro externo que é menor do que o diâmetro interno do vaso, onde a seção transversal das superfícies de coletagem possui uma forma de cone truncado ou uma forma de (V) invertido. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção irá ser explanada em maiores detalhes posteriormente, com relação ao método e aparelho inventivos, de uma maneira não limitante, por intermédio de concretizações ilustrativas com referência para as Figuras dos Desenhos acompanhantes, nos quais:

A Figura 1 mostra uma primeira concretização da presente invenção como um projeto de vaso vertical básico, envoltório de vaso de topo como a superfície de coletagem de partícula leve;

A Figura 2 mostra o padrão de fluxo esquemático para um projeto de vaso vertical básico em concordância com uma primeira concretização da presente invenção; mostrada na Figura 1;

A Figura 3 mostra uma variante da primeira concretização em concordância com a presente invenção, utilizando a interface líquido / gás como a superfície de coletagem de partícula leve;

A Figura 4 mostra o padrão de fluxo esquemático para um projeto de vaso vertical básico em concordância com uma primeira concretização da presente invenção; mostrada na Figura 3;

A Figura 5 mostra um projeto de vaso vertical de dois estágios em concordância com uma segunda concretização da presente invenção, utilizando envoltórios de topo como superfícies de coletagem;

A Figura 6 mostra uma variante do projeto de vaso vertical de dois estágios em concordância com uma segunda concretização da presente invenção, utilizando interfaces líquido / gás como as superfícies de coletagem; A Figura 7 mostra um projeto de vaso vertical multiestágio em concordância com uma terceira concretização da presente invenção;

A Figura 8 mostra um detalhe do projeto de vaso vertical multiestágio em concordância com a terceira concretização da presente invenção mostrada na Figura 7, utilizando envoltório de topo das câmaras como superfícies de coletagem;

A Figura 9 mostra um detalhe do projeto de vaso vertical multiestágio em concordância com a terceira concretização da presente invenção mostrada na Ficpura 7, utilizando a interface líquido / gás das câmaras como as superfícies de coletagem de partículas leves;

A Figura 10 mostra um projeto de vaso horizontal em concordância com uma quarta concretização da presente invenção, utilizando superfícies fixadas para coletagem de partículas leves;

A Figura 11 mostra um projeto de vaso horizontal em concordância com uma quarta concretização da presente invenção, utilizando uma combinação de superfícies fixadas e interface líquido / gás como superfícies de coletagem de partículas leves;

A Figura 12 mostra um projeto de tubulação horizontal em concordância com uma quinta concretização da presente invenção;

A Figura 13 mostra um padrão de fluxo esquemático para o projeto de tubulação horizontal em concordância com a quinta concretização da presente invenção como mostrada na Figura 12; A Figura 14 mostra uma variante da quinta concretização da presente invenção utilizando interfaces liquido / gás como superfícies de coletagem em um projeto de tubulação horizontal;

A Figura 15 mostra um projeto de vaso vertical em concordância com uma sexta concretização da presente invenção utilizando placas fixadas múltiplas em combinação com interface gás / líquido como as superfícies de coletagem de partículas leves; e

A Figura 16 mostra um projeto de vaso vertical em concordância com a sexta concretização da presente invenção utilizando interfaces gás / líquido múltiplas como as superfícies de coletagem de partículas leves.

As Figuras 1 até 16 mostram concretizações típicas da presente invenção.

As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações nelas representadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

A Figura 1 mostra um projeto de vaso vertical básico da primeira concretização do aparelho em concordância com a presente invenção e compreende um vaso vertical, cilíndrico (8) envolvido por um cone de topo (9) e um cone de fundo (16) . Tubulação de entrada de fluido (10) entra em uma câmara de entrada (11). A câmara de entrada (11) possui um dispositivo de topo (12) com aberturas para determinar ao fluido um fluxo direcionado ascendente para a câmara principal do vaso. Um guia vertical, cilíndrico (13) é proporcionado para adicionalmente auxiliar direcionar o fluxo ascendentemente. 0 envoltório de topo consiste de um tampão cilíndrico (14) no centro. Uma tubulação de saída de partícula (15) é suspensa a partir do centro do tampão (14) . 0 cone de fundo (16) é equipado com uma tina (17) no centro. Através do fundo da tina (17) está a tubulação de saída (18) . Uma tubulação de saída (19) para partículas pesadas se estende radialmente a partir da seção cilíndrica de tinas.

A Figura 2 mostra um padrão de fluxo esquemático para a primeira concretização da presente invenção. 0 envoltório de vaso superior (9) é utilizado como a superfície de coletaqem de partículas leves.

A Figura 3 mostra uma variante da primeira concretização da presente invenção, utilizando interface líquido / gás (5) como a superfície de coletagem para partículas leves. A tubulação de saída de partícula (15) é abaixada para o vaso para manutenção de uma bolsa de gás.

A Figura 4 mostra um padrão de fluxo esquemático da primeira concretização da presente invenção como mostrada na Figura 3, utilizando a interface gás / líquido como a superfície de coletagem para partículas leves.

A Figura 5 mostra uma segunda concretização do aparelho em concordância com a presente invenção e compreende um projeto de vaso vertical de dois estágios da presente invenção. Um vaso vertical, cilíndrico (20) fechado no fundo e no topo por tampões de extremidade (33) e (34) . Tubulação de entrada de fluido (21) no centro do tampão de extremidade de fundo entra em uma câmara de entrada de fluxo (31) . A câmara é equipada com uma placa circular plana (22) para redirecionar e espalhar o fluxo. 0 topo da câmara consiste de um dispositivo (23) com aberturas para o fluido. Uma câmara interna (32) consiste de uma seção cilíndrica vertical (24) com um envoltório de topo configurado em cone (25) incluindo um tampão cilíndrico menor no topo, centro do envoltório de topo (25). A partir do tampão pequeno existe uma tubulação de saída de partícula (28) suspensa. A parte superior do vaso compreende uma câmara com um quebrador de vórtice de saída (26), uma tubulação de saída (27) e uma tubulação de saída de partícula (29). No fundo do vaso existe uma tubulação de saída (30) para partículas pesadas. A tubulação (30) é vertical e posicionada próxima para o centro de fundo do vaso. A concretização mostrada aqui está utilizando os envoltórios superiores (25) e (33) como superfícies de coletagem para as partículas leves. A interface líquido / gás é ajustada no topo mais alto das câmaras.

A Figura 6 mostra uma variação da mesma segunda concretização da presente invenção como na Figura 5 com a coletagem de partículas leves acontecendo nas interfaces líquido / gás (39). Os fundos das tubulações de descarga de partículas (28) e (29) são abaixados para as câmaras para criação de uma bolsa de gás.

As Figuras 7, 8 e 9 ilustram um projeto de vaso vertical de múltiplo estágio em concordância com uma terceira concretização da presente invenção. O vaso (40) consiste de uma seção vertical cilíndrica fechada por um tampão de extremidade (52) na extremidade superior e um tampão de extremidade (53) na extremidade inferior. A tubulação de entrada (41) adentra o vaso através do tampão de extremidade de fundo e conduz para uma câmara de entrada circular (54). No interior da câmara (54) existe uma placa quebradora de fluxo. O envoltório superior da câmara (54) é um dispositivo circular (43) com aberturas para distribuição de fluxo através de uma grande seção transversal do vaso. A câmara de coletagem interna (46) consiste de seção cilíndrica (44) e um envoltório de topo (45). O diâmetro do cilindro (44) é tal que um anel é formado entre a parede interior da parte cilíndrica do vaso (44) e o exterior do envoltório cilíndrico (44). Através do envoltório de topo (45) existe a extremidade de uma pequena tubulação (50) suspensa, a outra extremidade saindo para o exterior do vaso. Acima da câmara de coletagem interna (46) existe uma pá helicoidal (47) montada para o interior da parte cilíndrica do vaso (44). A pá helicoidal (47) possui uma grande abertura circular no centro. A seguir existem conjuntos múltiplos de câmaras internas (46) consistindo dos mesmos elementos: (44), (45), (47) e (50). A câmara de topo do vaso possui um quebrador de vórtice de fluxo de saída (48) e uma tubulação de saída (49). As tubulações de saída de partícula (50) saem através do envoltório de extremidade de topo do vaso. A tubulação de saída (51) para descarga de partículas pesadas está localizada no fundo do vaso.

A Figura 8 mostra detalhes da terceira concretização da presente invenção utilizando o envoltório de topo da câmara como a superfície de coletagem para partículas leves. A posição da extremidade de fundo da tubulação de saída de partícula (50) ajusta o nível da interface líquido / gás para cada câmara. A Figura 9 mostra os detalhes de uma variação da terceira concretização da presente invenção utilizando uma interface liquido / gás como a superfície de coletagem para partículas leves. A extremidade de fundo da tubulação de saída de partícula (50) é abaixada para as câmaras (46) para criação de uma grande bolsa de gás para aumento da interface líquido / gás como uma área de coletagem de partícula.

A Figura 10 mostra uma quarta concretização da presente invenção onde o aparelho é incorporado em um vaso horizontal (70) com tampões de extremidade ou flanges cegos (71) . Dois ou mais bocais (72) são colocados sobre o topo do vaso, verticais e perpendiculares, para o eixo geométrico horizontal do vaso. Os bocais (72) são cada um deles equipados com tubulações de saída de partícula (75) . Manifold de entrada (73) e tubulações de saída (74) correm paralelas para o eixo geométrico horizontal do vaso. Placas de coletagem horizontais (76) estão localizadas no centro do vaso. Placas perfuradas (77) são colocadas próximas para abertura da tubulação de saída (74) do vaso, verticais e perpendiculares, para o eixo geométrico horizontal do vaso. Os bocais (72) são cada um deles equipados com tubulações de saída (79).

A Figura 11 mostra a mesma quarta concretização como a Figura 10 da presente invenção. A extremidade de fundo das tubulações de saída de partícula (75) são abaixadas para o corpo principal de vaso para abaixar a interface líquido / gás a ser utilizada como uma superfície de coletagem para partículas leves. A Figura 12 mostra uma quinta concretização do aparelho em concordância com presente invenção, onde o aparelho é incorporado em uma tubulação horizontal (101). A extremidade de entrada possui um flange (102) atado para um cone de expansão (103). As pás helicoidais de guia (104) são colocadas na área de entrada da tubulação horizontal (101). Existe adicionalmente um conjunto de tubulações concêntricas (105), com pás helicoidais (106). Na extremidade das tubulações concêntricas (105) existe uma montagem de placa coletora e tubulação (107) posicionada verticalmente na tubulação horizontal (101). Adicionalmente um bocal (108) é posicionado na metade superior da tubulação horizontal (101). 0 bocal (108) é equipado com uma tubulação de descarga (109) através do flange. No fundo da tubulação horizontal (101) existe um bocal (110) para partículas pesadas. Este poço é equipado com uma tubulação de descarga (111) através do flange de fundo. Um cone de redução (112) é conectado para o flange de saída (113) na extremidade da tubulação horizontal (101).

A Figura 13 mostra detalhes de padrões de fluxo e de superfícies de coletagem de partícula para a quinta concretização da presente invenção como mostrada na Figura 12.

A Fignra 14 mostra uma variação da quinta concretização da presente invenção. Um vaso de tubulação horizontal (120) é fechado por flanges (121) em ambas as extremidades. A tubulação de entrada (122) vai através de um flange em uma extremidade e uma tubulação de saída (128) vai através do flange na extremidade oposta. Duas ou mais tubulações de saída (126) são posicionadas no topo do vaso, verticais e perpendiculares, para o eixo geométrico horizontal do vaso. Seis ou mais divisores (123) são colocados verticalmente e através da seção interna de topo do vaso. Um número de pás helicoidais (124) é colocado ao longo da metade de fundo interior do vaso, cada conjunto em um ângulo para o eixo geométrico horizontal do vaso. Um poço de coletagem de partícula pesada (129) com uma tubulação de saída (127) é posicionado debaixo do vaso, próximo para a tubulação de saída de fluido principal (128) .

A Figura 15 mostra uma sexta concretização da presente invenção compreendendo um vaso vertical, cilíndrico (140), tubulação de entrada (141), câmara de entrada (142), aberturas de saída de câmara (143), tina de coletagem de partícula (144), quatro ou mais placas de coletagem (145), quatro ou mais placas de desvio (146) , uma ou mais tubulações de saída de fluido principal (147), tubulação de saída de partículas leves (148), tubulação de saída de gás (149) e tubulação de saída de partículas pesadas (150).

A Figura 16 mostra uma variação da mesma sexta concretização da presente invenção, equipada com uma deferente placa de coletagem (165). A concretização compreendendo um vaso vertical, cilíndrico (160), tubulação de entrada (161), câmara de entrada (162) , aberturas de saída de câmara (163), tina de coletagem de partícula (164), quatro ou mais placas de coletagem configuradas em (V) (165) , quatro ou mais placas de desvio (166) , uma ou mais tubulações de saída de fluido principal (167), tubulação de saída de partículas leves (168), tubulação de saída de gás (169) e tubulação de saída de partículas pesadas (170).

A operação do aparelho em concordância com a presente invenção irá ser explanada posteriormente, com referência para as concretizações descritas anteriormente e mostradas nos Desenhos acompanhantes.

A presente invenção se refere a separação e extração de partículas submergidas a partir de um fluido. As partículas separadas podem possuir a consistência de sólidos, fluidos ou gases. 0 processo e o aparelho são projetados para operação como um processo contínuo.

A presente invenção é aplicável em todos os processos onde partículas submergidas são para serem extraídas a partir de um fluido. Exemplos de aplicações são:

- Partículas de petróleo a partir de água (produtos de petróleo bruto ou de petróleo refinado);

- Gás a partir de água;

- Sólidos (flocos) a partir de água;

- Indústria de processamento de alimento; e

- Indústria de papel / polpa.

A presente invenção é aplicável dentro de todas as indústrias envolvidas com separação de substâncias submergidas possuindo diferenças em densidade.

Teoria de principio de operação para separação de partículas submergidas a partir de um fluido

A teoria de princípio de operação para separação de

partículas submergidas a partir de um fluido para a

presente invenção é aqui descrita utilizando o exemplo de

separação de partículas de petróleo submergidas a partir de água. Pequenas quantidades de hidrocarbonetos ou partículas de petróleo são submergidas e uniformemente distribuídas em água. A densidade das partículas de petróleo é mais baixa do que a da água, mas devido para os seus tamanhos, as mesmas irão permanecer submergidas na água por tanto tempo quanto o fluido está em movimentação em uma tubulação ou vaso. A presente invenção irá movimentar as partículas leves com o fluxo para uma superfície de coletagem. A superfície de coletagem tanto ou quanto de:

i) uma superfície fixada tal como o interior de um vaso ou uma placa coletora;

ii) uma superfície livre tal como uma interface gás / líquido; e

iii) uma superfície fixada e uma superfície livre utilizadas em combinação.

Separação de partícula em um vaso vertical

i) Com referência para a Figura 1 e para a Figura 2, a teoria da presente invenção levando-se em consideração separação de partículas a partir de um fluido utilizando uma superfície de coletagem fixada em um vaso vertical pode ser descrita como se segue:

Água não tratada de entrada contendo partículas de petróleo adentra o vaso e é guiada ascendentemente em direção da superfície interna superior (9), ou superfície de teto, do vaso. Possuindo uma velocidade de fluido de volume abaixo de um valor crítico, a água irá fluir para a superfície de teto e ser desviada em direção externa em uma direção radial. Durante este desvio, partículas de petróleo irão entrar em contato com a superfície de teto do vaso e aderir para esta superfície devido para a flutuação e resultantes forças de fricção. Isto pode ser descrito como um processo de decantação invertido, utilizando a flutuação como oposição para a gravidade. Quanto mais partículas de petróleo forem trazidas, mais as mesmas irão coalescer e construir uma película ou camada de petróleo na superfície interior superior.

Partículas na camada de petróleo em crescimento irão se movimentar em direção ao centro e ser descarregadas através da tubulação de saída de partícula (15). O fluido principal, ou água, irá fluir descendentemente ao longo da parede exterior de vaso e sair através da tubulação de saída de fundo (18).

ii) Com referência para a Figura 3 e para a Figura 4, a teoria da presente invenção levando-se em consideração separação de partículas a partir de um fluido utilizando uma interface gás / líquido como uma superfície de coletagem, referida como uma superfície livre pode ser descrita como se segue:

Água não tratada de entrada contendo partículas de petróleo adentra o vaso e é guiada ascendentemente em direção da superfície (5), ou superfície livre feita da interface gás / líquido. Possuindo uma velocidade de fluido de volume abaixo de um valor crítico, a água irá fluir para a superfície e ser desviada em direção externa em uma direção radial. Durante este desvio, partículas de petróleo alcançando a superfície irão permanecer em flutuação por tanto tempo quanto a superfície venha a permanecer calma. Quanto mais partículas de petróleo forem trazidas, mais as mesmas irão coalescer e construir uma película ou camada de petróleo sobre a superfície. As partículas podem ser sifonadas fora pela tubulação de descarga de partícula suspensa (15).

iii) Com referência para a Figura 15 a teoria da presente invenção levando-se em consideração separação de partículas a partir de um fluido utilizando uma combinação de placas fixadas e interface gás / líquido como as superfícies de coletagem, pode ser descrita como se segue:

Água não tratada de entrada contendo partículas de petróleo adentra o vaso e é guiada ascendentemente em direção da superfície (156), referida como uma superfície livre feita da interface gás / líquido. Possuindo uma velocidade de fluido de volume abaixo de um valor crítico, a água irá fluir para a área de superfície e ser desviada em direção externa em uma direção radial. Durante este desvio, as partículas de petróleo alcançando a superfície com o fluxo irão permanecer em flutuação por tanto tempo quanto a superfície venha a permanecer calma. Isto é referido como uma separação primária. Água irá fluir descendentemente debaixo da tina (144), através do anel entre a parede de vaso (140) e a placa de coletagem (145) , criando um turbilhão debaixo do cone. Este turbilhão ou fluxo randômico provoca que partículas venham a entrar em contato com a superfície de placa e coalescer debaixo de referida placa. A placa de desvio (146) assegura que fluido não irá se movimentar em linha reta para baixo ao longo da parede de vaso, mas ser direcionado de volta para a área de centro do vaso. Na medida em que partículas coalescem maiores do que gotículas de petróleo, as mesmas irão ser liberadas a partir da borda interna da placa de coletagem e flutuar para a superfície de topo. Partículas leves, ou petróleo, são removidas por elevação do nível de liquido para escumação para a tina (144) e descarga através da tubulação de saída (148).

Separação de partícula em um vaso horizontal

i) Testagem de fluxo de tubulação horizontal mostrou que determinadas as velocidades de fluxo corretas, as partículas de petróleo que vêm a entrar em contato com a superfície interior superior da tubulação, ou superfície de teto, irão aderir para esta superfície. Isto pode ser descrito como um processo de decantação invertido. Quanto mais partículas de petróleo forem trazidas em contato com a superfície de teto, mais as mesmas irão coalescer e formar uma película ou camada de petróleo. Por agitação ou rotação do fluxo, todas as partículas de petróleo irão eventualmente ser atadas para esta camada de superfície e a água irá conter muito poucas ou nenhumas partículas de petróleo de qualquer modo.

Duas condições necessitam estar presentes para conseguir separação como descrita:

1. Velocidade de fluxo tem que estar abaixo de um determinado valor crítico. Este valor crítico irá variar dependendo da diferença relativa em densidade entre as partículas submergidas e o fluido. Se a velocidade é excessivamente alta, as forças de arraste atuando sobre a partícula irão ser maiores do que as forças de fricção segurando a mesma no lugar e a partícula irá seguir o fluido. 2. Misturação ou agitação cuidadosa do fluido deve acontecer para possibilitar que todas as partículas de petróleo submergidas venham a eventualmente entrar em contato com a superfície de teto da tubulação.

Fluxo de tubulação turbulento e crítico não irá satisfazer à condição de número 1.

Fluxo de tubulação laminar não irá satisfazer à condição de número 2.

Para conseguir o efeito desejado de separação de partículas submergidas a partir de água, a velocidade de fluxo de tubulação deve ser mantida abaixo de um valor crítico e ao fluido deve ser determinada uma movimentação de rotação ou de rolagem no interior da tubulação por utilização de pás helicoidais ou asas fixadas. A movimentação de rotação ou de rolagem irá assegurar que todas as partículas submergidas distribuídas no fluido irão, em um ponto ou em outro, vir a entrar em contato com a, e aderir para a, superfície de teto da tubulação.

A efetividade do processo pode ser observada como uma função de quanto muitas partículas submergidas podem ser trazidas em contato com uma superfície de teto por unidade de tempo.

Para um aumento adicional da efetividade de separação acontecer por comprimento de unidade de tubulação, a área de superfície de teto pode ser aumentada por utilização de diversas tubulações concêntricas.

O processo de separação de tubulação descrito anteriormente pode ser referido como um processo de separação de superfície fixada. A Figura 14 mostra uma concretização da presente invenção utilizando tanto superfície fixada e quanto superfície livre para conseguir separação efetiva. Nesta concretização, a metade superior do superfície interior da tubulação funciona como uma superfície de coletagem, parcialmente uma superfície fixada e parcialmente uma interface líquido / gás no topo mais alto do vaso. A interface líquido / gás é projetada por utilização de placas divisoras internas (123), criando bolsas de gás. Pás helicoidais (124) colocadas em um ângulo irão forçar o fluido para rotacionar e se misturar na medida em que o mesmo flui através da tubulação. A partícula irá ser exposta para as superfícies, separada a partir do fluido de volume e coalescer antes de ser removida através de tubulações (126). 0 processo é repetitivo e a quantidade de remoção de partícula é uma função do comprimento da tubulação.

A operação das concretizações do aparelho de separação em concordância com a presente invenção irá agora ser descrita com referência para as Figuras 1 - 16.

A Figura 1 mostra uma primeira concretização do aparelho de separação em concordância com a presente invenção, utilizando uma superfície fixada como a superfície de coletagem. Em um estado prontamente operacional, o nível de interface líquido / gás está na extremidade inferior de tubulação de saída de partícula (15). Fluido não tratado (1) com partículas submergidas está adentrando o vaso através da tubulação de entrada (10), fluindo para a câmara de entrada (11). Referido envoltório superior de câmaras (12) é equipado com aberturas para geração de um fluxo lento na direção vertical, ascendente no centro do vaso, em direção da superfície proximamente horizontal do envoltório de topo de vaso (9) . Em uma baixa velocidade o fluido é após isso levado em contato com o, e desviado pelo envoltório de topo de vaso (9) , após isso fluindo em uma direção radial, proximamente horizontal em direção das paredes exteriores de vasos (8) onde o mesmo é novamente desviado para tomar um padrão de fluxo descendente antes de deixar (sair) como fluido tratado (2) através da saída principal de fundo (18) . Este padrão de fluxo com uma grande área de seção transversal em direção de uma grande superfície, proximamente horizontal, irá assegurar que um grande número de partículas irá ser trazido em contato com a superfície fixada em uma velocidade suficientemente baixa para que as partículas venham a aderir. As partículas irão coalescer e construir uma camada de partículas debaixo do envoltório de topo cônico (9) do vaso. Estas partículas (3) irão eventualmente gravitar em direção do tampão de centro (14) para serem descarregadas através da tubulação de saída de partícula (15). As partículas pesadas (4) irão seguir o fluido e decantar no envoltório de fundo (16) do vaso para serem descarregadas como partículas pesadas através do tampão (17) e da tubulação (19).

A Figura 2 mostra o padrão de fluxo desta primeira concretização da presente invenção.

A Figura 3 mostra uma variação da primeira concretização do aparelho de separação em concordância com presente invenção, utilizando uma superfície livre (5) como uma superfície de coletagem. Em um estado prontamente operacional, o nível de superfície de fluido está na extremidade inferior de tubulação de saída de partícula (15). Fluido não tratado (1) com partículas submergidas está adentrando o vaso através da tubulação de entrada (10), fluindo para a câmara de entrada (11). Referido envoltório superior de câmaras (12) é equipado com aberturas para distribuição do fluido acima de uma grande área de seção transversal para geração de um fluxo lento na direção vertical, ascendente no centro do vaso, em direção da interface líquido / gás para criação da superfície de coletagem horizontal (5). Em uma baixa velocidade, as partículas no fluido são trazidas para a superfície e permanecem em flutuação na medida em que fluido de volume é desviado para fluir em uma direção radial, horizontal em direção das paredes exteriores de vasos (8) onde o mesmo é novamente desviado para tomar um padrão de fluxo descendente antes de deixar (sair) como fluido tratado (2) através da saída principal de fundo (18). Este padrão de fluxo com uma grande área de seção transversal em direção de uma grande superfície horizontal irá assegurar que um grande número de partículas irá ser trazido em contato com a superfície livre em uma velocidade suficientemente baixa para que as partículas venham a permanecer em flutuação. As partículas irão coalescer e construir uma camada de partículas sobre a superfície livre (5) do vaso. Estas partículas (3) irão ser sifonadas fora e ser descarregadas através da tubulação de saída de partícula (15). As partículas pesadas (4) irão seguir o fluido e decantar no envoltório de fundo (16) do vaso para serem descarregadas como partículas pesadas através do tampão (17) e da tubulação (19).

A Figura 4 mostra o padrão de fluxo da variação na Figura 3 da primeira concretização da presente invenção.

A segunda concretização da presente invenção mostrada na Figura 5 compreende o mesmo principio como descrito para a primeira concretização, mas esta segunda concretização mostra a presente invenção funcionando em dois estágios. 0 aparelho contém duas câmaras para separação: a câmara interna (32) e o vaso em si mesmo (20) . Em um estado prontamente operacional, ambas as câmaras são completamente preenchidas (cheias) até a extremidade mais baixa das tubulações de descarga de partícula (28) e (29). 0 fluido (35) com partículas submergidas adentra a câmara interna (31) através da tubulação de entrada (21). 0 fluxo de entrada irá atingir a placa (22) para quebrar o fluxo concentrado e relativamente de alta velocidade adentrando a câmara interna (31). Através de aberturas no envoltório superior (23) de referida câmara de entrada (31) o fluxo irá adquirir um padrão de fluxo uniforme, vertical, se movimentando ascendentemente. Na medida em que o fluido entra em contato com o interior do envoltório superior, proximamente horizontal, de topo (25) da câmara, as partículas leves irão aderir para a superfície e coalescer. Eventualmente, a camada de partículas coalescidas irá se movimentar em direção ao centro do envoltório para serem descarregadas através da tubulação de saída de partícula (28). As partículas pesadas irão seguir o fluido descendentemente ao longo da parte cilíndrica (24) da câmara interna (31) e após isso cair para o fundo do vaso para serem descarregadas através da tubulação de saída (30) de partículas pesadas (38).

O fluido irá adentrar para a câmara superior no vaso e um novo processo de aderência de partículas para o interior do envoltório de topo (33) irá acontecer. Um quebrador de vórtice (26) está no lugar para assegurar um padrão de fluxo uniforme através das aberturas para a tubulação de saída (27). As partículas (37) são descarregadas através da tubulação de saída (29).

Uma variação da segunda concretização da presente invenção é mostrada na Figura 6. Para esta variação da segunda concretização a presente invenção está funcionando em dois estágios com uma interface líquido / gás como a superfície de coletagem. O aparelho contém duas câmaras para separação: a câmara interna (32) e o vaso em si mesmo (20) . Em um estado prontamente operacional, ambas as câmaras são preenchidas (cheias) até a extremidade mais baixa das tubulações de descarga de partícula (28) e (29). Estas tubulações são agora suspendidas adicionalmente para baixo para suas câmaras para possibilitar para uma grande bolsa de gás a se formar no topo das câmaras. 0 fluido (35) com partículas submergidas adentra a câmara de entrada (31) através da tubulação de entrada (21). 0 fluido (35) com partículas submergidas adentra a câmara interna (31) através da tubulação de entrada (21). O fluxo de entrada irá atingir a placa (22) para quebrar o fluxo concentrado e relativamente de alta velocidade adentrando a câmara interna (31). Através de aberturas no envoltório superior (23) de referida câmara de entrada (31) o fluxo irá adquirir um padrão de fluxo uniforme, vertical, se movimentando ascendentemente. Na medida em que o fluido flui para a superfície livre (39) da câmara inferior (32) o mesmo irá liberar partículas mais leves que irão flutuar sobre referida superfície livre (39). As partículas leves irão ser sifonadas fora através da tubulação de saída (28). As partículas pesadas irão seguir o fluido descendentemente ao longo da parte cilíndrica (24) da câmara interna (31) e após isso cair para o fundo do vaso para serem descarregadas através da tubulação de saída (30) de partículas pesadas (38).

O fluido irá adentrar para a câmara superior no vaso e um novo processo de partículas sendo liberadas na superfície livre (39) irá acontecer. Um quebrador de vórtice (26) está no lugar para assegurar um padrão de fluxo uniforme de fluido tratado (36) saindo através das aberturas para a tubulação de saída (27). As partículas (37) são descarregadas através da tubulação de saída (29).

A terceira concretização da presente invenção mostrada na Figura 7 possui um projeto de estágio múltiplo fundamentado sobre o mesmo princípio como o projeto mostrado na Figura 1. O aparelho contém nove estágios para separação: oito câmaras internas e o topo do vaso (40). Em um estado prontamente operacional, todas as câmaras são completamente preenchidas (cheias) até a extremidade mais baixa das tubulações de descarga de partícula (50). O fluido (55) com partículas submergidas adentra o vaso (40) através da tubulação de entrada (41). A placa (42) na câmara de entrada irá quebrar o fluxo e reduzir a velocidade de fluido. O envoltório superior (43) da câmara de entrada (55) distribui fluido através de aberturas para conseguir um fluxo de baixa velocidade controlado ascendentemente no centro da primeira câmara.

Na medida em que o fluido entra em contato com o interior da superfície superior, proximamente horizontal, de topo (45) da câmara (46) as partículas mais leves irão aderir para esta superfície de teto e coalescer. Eventualmente, a camada de partículas coalescidas irá se movimentar em direção ao centro de topo para serem descarregadas através da tubulação de saída de partícula (50) . As partículas pesadas irão seguir o fluido descendentemente ao longo da parte cilíndrica (44) da câmara interna (46) e após isso cair para o fundo do vaso para serem descarregadas através da tubulação de saída (51) de partículas pesadas (58).

Adicionalmente, o fluido irá adentrar para a próxima câmara no vaso através da abertura de anel entre o interior da parede de vaso cilíndrica e o exterior da parede de câmara (44). Uma placa de desvio (47) irá guiar o fluido em direção do envoltório de topo de centro da próxima câmara. Um novo processo de aderência de partículas para o interior do envoltório de topo (45) desta câmara (46) irá acontecer.

O processo irá ser repetido para as próximas câmaras incluindo o envoltório de topo (52) do vaso (40) . Um quebrador de vórtice (48) está no lugar para assegurar um padrão de fluxo uniforme de fluido tratado (56) saindo através das aberturas para a tubulação de saída (49) . As partículas (57) são descarregadas através das tubulações de saída de partícula (50).

A Figura 8 mostra detalhes da terceira concretização da presente invenção, com as câmaras completamente preenchidas (cheias) com fluido até a extremidade mais baixa de tubulação de saída de partícula (50), utilizando superfícies fixadas para coletagem de partículas.

A Figura 9 mostra uma variação da terceira concretização da presente invenção. A extremidade das tubulações de saída de partícula leve (50) são abaixadas para as câmaras, criando uma interface gás / líquido (59) como a superfície de coletagem de partícula.

A quarta concretização da presente invenção mostrada na Figura 10 consiste de um vaso horizontal (70) com fluxo de fluido interno rotativo ou angular em um vaso completamente preenchido (cheio). 0 vaso (70) é tampado por flanges cegos (71) em cada extremidade. Fluido não tratado (80) adentra o vaso (70) como pequenos jatos uniformemente distribuídos através do manifold de entrada (73). O ângulo e velocidade dos jatos determinam a velocidade de giro ou angular do fluido no vaso (70). Partículas mais leves irão entrar em contato com a, e aderir para a, metade superior da superfície interior de vasos fundamentado sobre os princípios apresentados anteriormente. Área de superfície adicional para coletagem de partículas leves é proporcionada pelas placas de coletagem ou metades de tubulação (76) . Fluido rotativo irá se movimentar em direção das duas extremidades do vaso e ser descarregado através das placas de quebra de vórtice (77) antes de adentrar tubulações de saída (74) como fluido tratado (81). A interface gás / líquido (84) é localizada no interior dos poços de coletagem (72).

Partículas leves coletadas irão coalescer e eventualmente fluir para os poços de coletagem de partícula (72). Partículas leves (82) irão ser descarregadas através de tubulações de saída (75). Partículas pesadas (83) irão gravitar para o fundo e ser coletadas em poços de coletagem (78) e ser descarregadas através de tubulações de saída (79).

A Figura 11 mostra uma variação da quarta concretização da presente invenção. Tubulações de saída de partícula leve (75) foram abaixadas para o vaso para criação de uma bolsa de gás na parte superior do vaso. Para esta variação da quarta concretização da presente invenção irá existir uma interface líquido / gás funcionando como a superfície de coletagem de partículas leves. Placas de coletagem (76) podem também ser montadas com bolsas de gás para aumento da área de superfície de interface líquido / gás.

A Figura 12 mostra uma quinta concretização da presente invenção como um projeto de tubulação horizontal. Fluido não tratado (114) adentra a tubulação através do flange de entrada (102) e cone de expansão (103). Pá helicoidal de guia (104) determina ao fluido um giro ou rotação inicial antes que o mesmo venha a adentrar para um conjunto de tubulações concêntricas (105). As tubulações são equipadas com diversos conjuntos de guias ou asas (106) para assegurar uma rotação continuada do fluido através de toda a seção de tubulação (105). Partículas mais leves irão decantar e aderir para a superfície superior interior das tubulações (105) e bem como para o interior da tubulação principal (101) na medida em que o fluido se movimenta através da tubulação. A velocidade do fluido deve estar abaixo de um valor crítico para que as partículas venham a aderir para as superfícies de coletagem. Este valor crítico irá variar com a diferença em densidade entre o fluido de volume e as partículas mais leves a serem separadas. Na extremidade à montante das tubulações (105) existe um tampão de extremidade e uma tubulação de coletagem (107) para trazer as partículas mais leves coletadas (116) para o poço de coletagem (108) antes de serem descarregadas através da tubulação de saída (109). Partículas pesadas irão gravitar para o fundo e fluir em direção do poço de coletagem de fundo (110). A descarga de partículas pesadas é através da tubulação de saída (111). Fluido tratado (115) irá sair através de cone de redução (112) e flange (113).

A Figura 13 mostra detalhes dos internos de tubulação e superfícies de coletagem da quinta concretização da presente invenção.

A Figura 14 mostra uma variação da quinta concretização da presente invenção. Fluido não tratado (130) adentra o vaso (120) através da tubulação de entrada (122). O fluido adentra através das aberturas sobre a lateral de tubulação de entrada (122) para criação de um giro no interior do vaso (120) . A extremidade da tubulação de entrada (122) é tampada. 0 fluido irá continuar a girar e ser guiado através do vaso (120) por um número de pás helicoidais (124) . As pás helicoidais (124) irão assegurar rotação contínua e movimentação randômica do fluido para continuamente trazer novas partículas para as superfícies de coletagem.

Placas de desvio (123) são posicionadas no interior de superfície superior do vaso (120) para criação de bolsas de gás para interface líquido / gás a ser utilizada como uma superfície (125) para separação e coletagem de partículas mais leves. Na medida em que mais partículas se acumulam as mesmas irão se movimentar ao longo da tubulação e ser descarregadas através das tubulações de saída (126) como partículas leves (132). As partículas mais pesadas (133) irão ser capturadas em poço (129) e ser descarregadas através da tubulação de saída (127) . A tubulação de saída (128) de fluido tratado (131) é projetada com diversas aberturas para assegurar que nenhum vórtice irá ser construído e perturbar superfície de coletagem de partícula em saída.

A Figura 15 mostra uma sexta concretização da presente invenção funcionando como um separador de quatro fases em que o aparelho consiste de um vaso cilíndrico vertical onde fluido não tratado chegando (151) adentra através da tubulação (141) para uma câmara de entrada (142). Aberturas (143) distribuem o fluxo acima (sobre) uma grande porção da área de seção transversal horizontal de vasos. 0 fluido se movimenta em direção de uma interface líquido / gás (157). Referida interface líquido / gás (157) funciona como uma superfície livre para coletagem de partículas mais leves. Na medida em que partículas leves são trazidas para a superfície com o fluxo do fluido, referidas partículas irão permanecer em flutuação na medida em que fluido de volume irá se desviar em um padrão de fluxo radial e ser desviadas descendentemente debaixo da tina (144). Na medida em que fluido flui através do anel entre o vaso (140) e a placa de coletagem cônica (145), referido fluido irá criar um redemoinho debaixo do cone. 0 redemoinho possui um padrão de fluxo randômico e irá movimentar partículas em direção da superfície onde as mesmas irão aderir e adicionalmente coalescer para formar uma camada de partículas como é descrito na teoria do processo de separação. A camada de partículas irá se movimentar em direção da abertura de centro do cone e ser liberada para flutuação para a superfície livre (156). Placas de desvio (146) ao longo da parede interior do vaso asseguram que todo o fluido é desviado em direção do centro do vaso e que não venha a ser possibilitado de ir em linha reta para baixo ao longo da parede da tubulação de saída (147).

Uma porção do fluido irá ser puxada em direção do centro para misturação com o fluxo ascendentemente vertical e alcança o topo da superfície livre. 0 fluido remanescente irá retornar descendentemente para fluir passado o próximo cone de coletagem, repetindo o processo de separação. 0 processo de tratamento irá separar novas partículas a partir do fluido para cada etapa na medida em que o fluido se movimenta para baixo em direção da tubulação de saída (147). Fluido tratado (152) irá sair através de uma ou mais tubulações de descarga (147).

Partículas mais pesadas (155) irão cair para o fundo do vaso e ser descarregadas através da tubulação de saída (150). Gás (154) irá ser liberado através da tubulação de saída (149). Partículas mais leves se acumulando na a superfície livre (156) irão escumadas para a tina (144) por elevação do nível de fluido para (interface líquido / gás) (157). Partículas leves (153) irão sair através da tubulação de saída (148).

Depois que o ciclo de escumação é completado, a interface líquido / gás é abaixada para o nível (superfície livre) (156) e operação normal é retomada. 0 processo de separação não irá ser interrompido durante o ciclo de escumação.

A Figura 16 mostra uma variação da sexta concretização da presente invenção. 0 principio de operação é o mesmo. Ao invés das placas de coletagem de superfície fixada (145) placas existem placas (165) que criam um envoltório para gás debaixo. A interface líquido / gás então se torna a superfície de coletagem de partícula. Na medida em que partículas se acumulam as mesmas irão ser liberadas na borda interna e flutuar para a superfície. 0 processo de escumação para remoção das partículas leves é o mesmo como para a Figura 15.

Os métodos e concretizações do aparelho descritos/as anteriormente irão funcionar para fluidos possuindo uma abrangente faixa de conteúdo de partícula submergida no fluido de volume.

O processo de separação pode ser adicionalmente reforçado por injeção de gás e/ou produtos químicos no fluido de chegada.

Por conseqüência, levando-se em consideração o anteriormente descrito, o leitor irá observar que separação de partículas submergidas a partir de um fluido em concordância com a presente invenção proporciona uma solução altamente confiável, fácil para operação, fácil para fabricação, e econômica. Enquanto que a descrição anteriormente apresentada contenha muitos assuntos específicos, estes não devem ser construídos como limitações sobre o escopo da presente invenção, mas em um melhor sentido como uma exemplificação de umas poucas concretizações preferidas da mesma, muitas outras variações são possíveis, por exemplo, na configuração de um projeto quadrado, retangular ou esférico. Conseqüentemente, o escopo da presente invenção deveria ser determinado não pelas concretizações ilustradas, mas somente pelas reivindicações de patente acompanhantes posteriormente e seus equivalentes legais.

Portanto, deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que a presente invenção está unicamente limitada pelo escopo e pelo espírito de proteção das reivindicações de patente posteriormente. NUMERAIS DE REFERÊNCIA NOS DESENHOS

Números de referência para as Figuras 1, 2, 3 e 4

Número de Descrição

1. Fluido de entrada 2. Fluido tratado 3. Saida de partículas leves 4. Saída de partículas pesadas 5. Interface líquido / gás 6. 7. -//- 8. Parede de vaso 9. Envoltório ι de topo 10. Tubulação de entrada 11. Câmara de entrada 12. Aberturas de distribuição de fluxo 13. Guia para fluxo 14. Armadilha de partícula 15. Tubulação de saída de partícula 16. Envoltório de fundo 17. Tampão para partículas pesadas 18. Tubulação de saída de fluido principal 19. Tubulação de saída de partículas pesadas

Números de referência para as Figuras 5 e 6 Número de Descrição

20. Vaso

21. Tubulação de entrada

22. Placa de desvio de fluxo 23. Aberturas de distribuição de fluxo 24. Câmara - parede cilíndrica 25. Câmara — envoltório de topo 26. Quebrador de vórtice 27. Tubulação de saída de fluido principal 28. Tubulação de saída para partículas leves 29. Tubulação de saída para partículas leves 30. Tubulação de saída para partículas pesadas 31. Câmara de entrada 32. Câmara de armadilha de partícula 33. Envoltório de topo de vaso 34. Envoltório de fundo de vaso 35. Entrada de fluido principal 36. Saída de fluido tratado 37. Saída de partículas leves 38. Saída de partículas pesadas 39. Interface líquido / gás

Números de referência para as Figuras 7, 8 e 9 Numero de Descrição

40. Vaso

41. Tubulação de entrada

42. Placa de desvio de fluxo

43. Aberturas de distribuição de fluxo

44. Câmara - seção cilíndrica

45. Câmara - envoltório de topo

46. Câmara interna

47. Pá helicoidal de guia 48. Quebrador de vórtice de saida 49. Tubulação de saída de fluido tratado 50. Tubulação de saída de partículas leves 51. Tubulação de saída de partículas pesadas 52. Envoltório de topo de vaso 53. Envoltório de fundo de vaso 54. Câmara de entrada 55. Fluido de entrada 56. Saída de fluido tratado 57. Partículas leves 58. Partículas pesadas 59. Interface líquido / gás

Números de referência para as Figuras 10 e 11 Número de Descrição

70. Vaso 71. Tampões de extremidade 72. Armadilha de partícula 73. Manifold < de entrada 74. Tubulação de saída 75. Tubulação de saída de partículas leves 76. Coletores 77 . Quebrador de vórtice de saída 78. Armadilha de partículas pesadas 79. Tubulação de saída de partículas pesadas 80. Fluido de entrada 81. Saída de fluido tratado 82. Partículas leves 83. Partículas pesadas

84. Interface fluido / gás

Números de referência para as Figuras 12 e 13

Número de Descrição

101. Vaso

102. Flange de entrada

103. Cone de expansão

104. Pá helicoidal de entrada

105. Tubulações concêntricas internas

106. Pás helicoidais

107. Tubulação e placa coletora

108. Poço de coletagem de partículas leves

109. Tubulação de saída de partículas leves

110. Poço de coletagem de partículas pesadas

111. Tubulação de saída de partículas pesadas

112. Cone de redução

113. Flange de saída

114. Fluido de entrada

115. Saída de fluido tratado

116. Partículas leves

117. Partículas pesadas

Números de referência para a Figura 14

Número de Descrição

120. Vaso

121. Flange de extremidade

122. Tubulação de entrada 123. Divisor

124. Pá helicoidal

125. Interface liquido / gás

126. Tubulação de saida de partículas leves

127. Tubulação de saída de partículas pesadas

128. Tubulação de saída de fluido principal

129. Poço de coletagem de partículas pesadas

130. Fluido de entrada

131. Saída de fluido tratado

132. Partículas leves

133. Partículas pesadas

Números de referência para a Figura 15

Número de Descrição

140. Vaso cilíndrico

141. Tubulação de entrada

142. Câmara de entrada

143. Aberturas de distribuição de fluxo

144. Tina de escumação de partícula

145. Placa coletora

146. Placa de desvio

147. Tubulação de saída de fluido tratado

148. Tubulação de saída de partículas leves

149. Tubulação de saída de partículas de gás

150. Tubulação de saída de partículas pesadas

151. Fluido de entrada

152. Fluido tratado

153. Partículas leves 154. Partículas de gás

155. Partículas pesadas

156. Nível de fluido normal

157. Nível de escumação

Números de referência para a Figura 16 Número de Descrição

160. Vaso cilíndrico 161. Tubulação de entrada 162 . Câmara de entrada 163. Aberturas e distribuição de fluxo 164. Tina de escumação de partícula 165. Placa coletora com bolsa de gás 166. Placa de desvio 167. Tubulação de saída de fluido tratado 168. Tubulação de saída de partículas leves 169. Tubulação de saída de partículas de gás 170. Tubulação de saída de partículas pesada; 171. Fluido de entrada 172. Fluido tratado 173. Partículas leves 174. Partículas de gás 175. Partículas pesadas 176. Nível de fluido normal 177. Nível de escumação 178. Interface gás / líquido

Claims (16)

1. Método para separação de partículas a partir de um fluido, referidas partículas sendo dispersadas no fluido e consistindo de partículas mais leves com uma densidade mais baixa do que o volume do fluido, e opcionalmente de partículas mais pesadas com uma densidade mais alta do que o volume do fluido, caracterizado pelo fato de que o referido método compreende as seguintes etapas: alimentação do fluido contendo partículas para um dispositivo de separação; distribuição uniformemente do fluido acima de pelo menos partes da área de seção transversal por fluência através de um dispositivo de distribuição (12; 23; 43; 73; 104; 122; 143; 163) em uma câmara de entrada (11; 31; 54; 142; 162); provisão do fluido contendo partículas com uma velocidade específica e condução do fluido para uma ou mais superfícies de coletagem (5; 9; 25; -33; 39; 45; 52; 59; 70; 76; 101; 105; 125; 145; -156; 157; 165; 176; 177); coalescência das partículas mais leves sobre as superfícies de coletagem (5; 9; 25; 33; 39; 45; -52; 59; 70; 76; 101; 105; 125; 145; 156; 157; -165; 176; 177); remoção das partículas mais leves coalescidas a partir das superfícies de coletagem (5; 9; 25; -33; 39; 45; 52; 59; 70; 76; 101; 105; 125; 145; -156; 157; 165; 176; 177); - remoção do fluido exaurido de partículas e das partículas coalescidas mais leves em pelo menos duas correntes separadas (2; 35; 56; 81; 115; -131; 152; 172, 3; 37; 57; 82; 116; 132; 153; -173); e opcionalmente remoção das partículas mais pesadas a partir do fundo do dispositivo de separação em pelo menos uma corrente separada (4; 38; 58; 83; -117; 133; 155; 175).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de distribuição (12; 23; 43; 73; 104; 122; 143; 163) é uma placa perfurada ou um tubo perfurado.

3. Método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as superfícies de coletagem (5; 9; 25; 33; 39; 45; 52; 59; 70; 76; 101; 105; 125; 145; -156; 157; 165; 176; 177) são uma ou mais superfícies sólidas, uma ou mais interfaces gás/líquido ou combinações das mesmas.

4. Método de acordo com uma ou mais das reivindicações predecentes, caracterizado pelo fato de que a velocidade específica do fluido contendo partículas está na faixa a partir de 0,001 m/s até 1 m/s relativamente para as superfícies de coletagem (5; 9; 25; 33; 39; 45; 52; 59; -70; 76; 101; 105; 125; 145; 156; 157; 165; 176; 177), mais preferivelmente na faixa a partir de 0,05 m/s até 0,3 m/s.

5. Aparelho para separação de partículas a partir de um fluido, referidas partículas compreendendo partículas mais leves com uma densidade mais baixa do que o volume do fluido, e opcionalmente partículas mais pesadas com uma densidade mais alta do que o volume do fluido, referido aparelho compreendendo um vaso com pelo menos uma entrada (10; 21; 41; 73; 102; 122; 141; 161) para o fluido a ser separado, com pelo menos uma saída (18; 27; 49; 74; 113; -128; 147; 167) para fluido exaurido de partículas, e com pelo menos uma saída (15; 28; 29; 50; 75; 109; 126; 148; -168) para partículas mais leves separadas, e opcionalmente pelo menos uma saída para partículas mais pesadas (19; 30; -51; 79; 111; 127; 150; 170), caracterizado pelo fato de que o referido aparelho adicionalmente compreende: dispositivo de distribuição (12; 23; 43; 73; 104; -122; 143; 163) para distribuição do fluido uniformemente acima de pelo menos partes da área de seção transversal; uma ou mais superfícies de coletagem (5; 9; 25; -33; 39; 45; 52; 59; 70; 76; 101; 105; 125; 145; -156; 157; 165; 176; 177) para coletagem e coalescência de partículas a partir do fluido.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referido dispositivo de distribuição (12; 23; 43; 73; 104; 122; 143; 163) compreende uma placa com aberturas indo de lado a lado, um tubo perfurado ou um ou mais tubos de direcionamento de fluxo, através dos quais o fluido passa.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as superfícies de coletagem (5; 9; 25; 33; 39; 45; 52; 59; 70; 76; 101; 105; 125; 145; -156; 157; 165; 176; 177) são uma ou mais superfícies sólidas, uma ou mais interfaces gás/líquido ou combinações das mesmas.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referido aparelho compreende pelo menos uma superfície de coletagem (5; 9; 25; 39; 45; -59), e uma câmara de entrada (11; 31; 54) conectada para referida pelo menos uma entrada (10; 21; 41), referida câmara de entrada (11; 31; 54) sendo proporcionada com uma placa (12; 23; 43) com aberturas indo de lado a lado ou um ou mais tubos de direcionamento de fluxo, através dos quais o fluido passa e sendo uniformemente distribuídas acima de pelo menos uma parte da área de seção transversal do aparelho, e opcionalmente recurso de guia (13) para guia do fluxo de fluido em direção de referidas superfícies de coletagem (5; 9; 25; 39; 45; 59).

9. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 até 8, caracterizado pelo fato de que referido vaso possui uma seção transversal genericamente circular e compreende uma parede lateral vertical, genericamente cilíndrica (8) , um topo de vaso (9) e um fundo de vaso (16), referido topo de vaso (9), uma interface gás/líquido (5) ou combinações das mesmas, que constituem a superfície de coletagem, referido topo de vaso (9) compreende uma armadilha de partículas compreendendo um tampão cilíndrico (14) no qual referida saída (15) é proporcionada.

10. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 até 8, caracterizado pelo fato de que referida superfície de coletagem compreende pelo menos um tampão interno com uma seção cilíndrica, genericamente vertical (24; 44) com um envoltório de topo (25; 45) e um tampão menor, cilíndrico no centro de topo do envoltório de topo (25; 45), referida saída (27; 49) compreende uma parte genericamente cilíndrica que se projeta para o vaso e parte cilíndrica para a qual o tampão cilíndrico se projeta, de que um tubo de saída (28; 50) para partículas mais leves separadas é conectado para o tampão cilíndrico e se projeta para fora através da parte cilíndrica, de que a parte superior do vaso, acima do envoltório de topo (25; 45) compreende uma câmara com um tubo de saída de partícula (28; 50), e opcionalmente com um quebrador de vórtice de saída (26; 48).

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que referido aparelho compreende diversas câmaras internas (46) colocadas verticalmente uma acima da outra, e de que cada câmara é proporcionada com um tubo de saída de partícula separado (50), e de que referido aparelho adicionalmente compreende diversas pás helicoidais circulares (47) montadas no interior da parte cilíndrica do vaso, entre cada uma das câmaras (46), referidas pás helicoidais circulares (47) possuindo uma grande abertura circular no centro.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referido aparelho compreende um vaso substancialmente horizontal,alongado, primordialmente cilíndrico (70; 101; 120) com uma ou mais superfícies de coletagem, onde a superfície de coletagem primordial é a interface gás/líquido, a parte superior interna do vaso (70; 101; 120) e adicionalmente tanto uma ou mais placas substancialmente horizontais superpostas (76) ou pelo menos uma, preferivelmente mais tubulações substancialmente horizontais concêntricas (105).

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que referido dispositivo de entrada compreende um manifold de entrada (73) com diversas aberturas para distribuição do fluido a ser separado para o vaso (70), referido manifold de entrada (73) sendo constituído de um tubo que corre substancialmente paralelo com o eixo geométrico horizontal do vaso (70) .

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o vaso cilíndrico (101) possui uma entrada (102) para fluido a ser separado em uma extremidade e uma saída (113) para fluido separado na outra extremidade, de que o dispositivo de entrada compreende um cone de expansão (103) e uma pá helicoidal de entrada (104) adjacente à entrada (102) para distribuição do fluido a ser tratado, de que as superfícies de coletagem consistem da interface gás/líquido e/ou da metade superior interior do vaso (101) e pelo menos dois tubos concêntricos (105) com pás helicoidais angulares (106) de maneira a proporcionar o fluido com uma movimentação rotacional, e de que o vaso (101) possui uma saida (109) para a remoção de partículas mais leves e uma saída (111) para a remoção de partículas mais pesadas.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o eixo geométrico longitudinal do vaso cilíndrico (101) é angular em relação ao eixo geométrico horizontal, resultando em que o nível da saída (113) é mais alto do que o nível da entrada (102).

16. Aparelho, de acordo com uma ou mais das reivindicações 5 -7, caracterizado pelo fato de que as superfícies de coletagem são uma combinação de diversas superfícies sólidas (144, 145; 164, 165) e uma ou mais interfaces gás/líquido (156, 157; 176, 177, 178), referidas superfícies sólidas (144, 145; 164, 165) são anulares e de que algumas das superfícies sólidas anulares (145; 165) são superpostas com um espaçamento vertical mútuo e possuem um diâmetro externo que é menor do que o diâmetro interno do vaso (140; 160), onde a seção transversal das superfícies de coletagem possui uma forma de cone truncado ou uma forma de (V) invertido.