BRPI0414034B1 - Dispositivo de filtração, Cartucho de filtro substituível e Processo para a fabricação de um cartucho de filtro - Google Patents

Description

DISPOSITIVO DE FILTRAÇÃO, CARTUCHO DE FILTRO SUBSTITUÍVEL E

PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UM CARTUCHO DE FILTRO A invenção se refere a um dispositivo de filtração que compreende um alojamento de filtro que tem pelo menos uma entrada de não filtrado e pelo menos uma saida de filtrado, um cartucho de filtro substituível inserido no referido alojamento de filtro e contendo pelo menos um elemento de filtro, particularmente um feixe de membranas de fibra capilar ou oca, as quais são fixadas em ambas as extremidades do cartucho em peças de extremidade, onde o elemento de filtro fixado nas referidas peças de extremidade define um percurso de fluxo para um fluido que se estende a partir de uma extremidade do cartucho até a outra; e pelo menos um dispositivo de retenção para suporte do cartucho de filtro no alojamento de filtro o qual indireta ou diretamente se apóia contra o alojamento de filtro na direção axial. A invenção também se refere a um cartucho de filtro substituível. 0 alojamento de filtro é regularmente compreendido por um alojamento de cartucho de filtro que tem uma primeira e uma segunda extremidade aberta e um cabeçote de filtro destacável em cada extremidade aberta.

Pelo menos uma entrada não de filtrado freqüentemente é provida no cabeçote de filtro, ao passo que pelo menos uma saída de filtrado é disposta no alojamento de cartucho de filtro. Alternativamente, a entrada não de filtrado e a saída de filtrado podem ser intercambiadas, de modo que a saída de filtrado pode ser intercambiada de modo que a saída de filtrado seja disposta no cabeçote de filtro e a entrada não de filtrado no alojamento de cartucho de filtro. A atribuição das conexões como entrada de filtrado ou saída não de filtrado depende do modo de operação do dispositivo de filtração. 0 elemento de filtro pode ser compreendido por uma pluralidade de membranas de fibra tubular, capilar ou oca.

Mais ainda, o elemento de filtro pode compreender meios de filtro tubulares planos dispostos paralelos ao eixo longitudinal do cartucho, tais como membranas de filtro ou panos de filtro tecidos ou não tecidos ou membranas de filtro enroladas em espiral em torno do eixo longitudinal do cartucho de filtro. No caso de um elemento de filtro tubular plano ou um elemento de filtro enrolado em espiral tubular plano, as paredes de membrana do elemento de filtro são separadas umas das outras por um espaçador que forma uma câmara não de filtrado ou uma câmara de filtrado, dependendo da direção de fluxo através do dispositivo de filtração. Os elementos de filtro são embutidos com suas porções de extremidade em um material de fundição, de maneira tal que sua porção de extremidade seja aberta para a câmara não de filtrado ou para a câmara de filtrado, respectivamente. A DE 39 16 511 Al mostra um dispositivo de filtração no qual o feixe de membranas de fibra capilar ou oca é embutido em ambas as extremidades em peças de extremidade feitas de um material de fundição ou um composto de vedação, as quais, por sua vez, são fixadas em um colar interno ou um anel de retenção do alojamento de filtro. As pressões ocorrendo durante a filtração e atuando no feixe são absorvidas por este colar interno. As peças de extremidade se projetam além do alojamento de cartucho de filtro e a vedação é efetuada no cabeçote de filtro por meio de anéis em O. O cabeçote de filtro possui uma entrada não de filtrado e uma saída de filtrado, o que torna necessário que o colar interno, o qual é conectado ao alojamento de cartucho de filtro através de aletas, seja circundado pelo filtrado, o qual flui de volta para o cabeçote de filtro. Isto leva a uma contaminação, a qual deve ser evitada.

Este dispositivo de filtração conhecido ainda sofre do inconveniente de o cartucho de filtro ser afixado de forma imóvel ao alojamento de cartucho. Isto significa que se seguindo à exaustão das membranas de fibra capilar ou oca, uma destas membranas de fibra capilar ou oca deve ser disposta em conjunto com o alojamento ou, alternativamente, que as membranas de fibra capilar ou oca devem ser removidas do alojamento por meios elaborados.

Os módulos de filtro que permitem a separação do elemento de filtro real do alojamento de cartucho são vendidos e descritos de várias formas. Estes módulos sempre têm cartuchos deslizantes, os quais podem ser removidos do aloj amento.

Uma primeira variante conhecida provê que as peças de extremidade feitas material de fundição do cartucho deslizante sejam adaptadas em seu próprio alojamento compreendendo dois elementos de terminação, os quais circundam o material de fundição, e uma porção média, a qual, por exemplo, é um tubo perfurado ou consiste em barras de retenção. A vedação é efetuada entre as peças de extremidade e os referidos elementos de terminação por uma junta adesiva. A compensação das forças compressivas é efetuada pela transferência das forças das peças de extremidade para os elementos de terminação. O objetivo principal da porção média é impedir que o cartucho deslizante colapse. Por outro lado, a porção média também serve como uma proteção para os capilares durante uma transferência, instalação e filtração.

Uma modalidade similar é mostrada na DE 44 01 014 Al.

Este dispositivo consiste substancialmente em um alojamento tubular, do qual ambas as extremidades são fechadas por tampões. No alojamento em si, é formada uma câmara interna, na qual um elemento de membrana é instalado de forma removível. Este elemento de membrana, o qual corresponde ao cartucho deslizante, consiste substancialmente em uma pluralidade de membranas de fibra oca, as quais circundam um tubo de grade, o qual é provido com aberturas por sua superfície inteira e seu comprimento. Ambas as extremidades do cartucho de filtro têm um membro de fechamento, o qual consiste em um composto de vedação, no qual as membranas de fibra oca são embutidas.

Um inconveniente desta modalidade é o alto gasto envolvido na produção dos cartuchos deslizantes. Uma vez que o cartucho deslizante resistente à pressão deve ser completamente renovado a cada operação de substituição, altos custos são causados pelo fato de o alojamento independente do cartucho deslizante também dever ser descartado como um material de resíduo e, então, reciclado por meios elaborados. Mais ainda, o peso é desnecessariamente aumentado pela presença do alojamento adicional.

Uma segunda modalidade de um cartucho deslizante provê que as peças de extremidade de material de fundição ou composto de vedação sejam delimitadas em um anel, o qual transmite as forças que ocorrem durante a filtração diretamente para o alojamento através de um outro anel dividido. O cartucho deslizante não tem uma porção média e, assim, é barato, se comparado com a modalidade previamente descrita. Nesta modalidade, também, uma junta adesiva envolvendo os inconvenientes associados está presente. Em particular, mudanças de temperatura e diferentes coeficientes de expansão linear podem enfraquecer esta junta adesiva, de modo que não há uma garantia que um bom selo prevalecerá entre as peças de extremidade e o anel. Não há uma transmissão garantida das forças das peças de extremidade para o anel, o que, por último, pode fazer com que o cartucho deslizante colapse.

Em uma terceira modalidade, substancialmente correspondente à primeira variante, que tem um alojamento de cartucho independente, nenhuma junta adesiva é provida, mas, ao invés disso, os elementos são comprimidos por meio de um anel de vedação axial entre o cartucho deslizante e o tampão de fechamento do alojamento de filtro. Neste caso, o projeto elaborado do cartucho deslizante é um inconveniente, pois o alojamento independente para o cartucho deslizante deve absorver todas as forças. Entre o composto de vedação e o elemento de terminação do alojamento é formada uma fenda a qual é aberta em direção ao lado de filtrado e, assim, pode formar uma fonte de contaminação. A WO 00/67885 mostra um outro dispositivo de filtração, no qual um cartucho de filtro é inserido, o qual tem em suas extremidades de cartucho uma peça de extremidade feita de um composto de vedação que tem uma superfície externa cilíndrica. A peça de extremidade se projeta radialmente além do feixe de fibras capilares, de modo que o composto de vedação possa ser suportado em uma projeção do alojamento ou em um anel de retenção dividido.

Este encaixe da peça de extremidade a partir de baixo requer um projeto de alojamento específico, de modo a se criar uma projeção de suporte. Quando um anel de retenção dividido é provido, está presente uma projeção considerável de composto de vedação, o que pede uma câmara apropriadamente maior. 0 anel de retenção dividido não pode ser selado por elementos de vedação, de modo que uma contaminação do filtrado pode ocorrer nesta região. A peça de extremidade feita de um composto de vedação tem uma ranhura para a acomodação de um anel em 0, mas isto meramente envolve uma vedação, e não uma função de retenção. De modo a se produzir um contorno externo como esse, um gasto considerável é necessário, uma vez que, considerando-se a função de vedação, altas demandas quanto à precisão da ranhura devem ser satisfeitas, para as quais, quando é feito usado de, digamos, um molde partido, teria de ser necessário o polimento do composto de vedação. Uma ranhura como essa apenas pode ser usada para filtros que satisfaçam a baixas demandas. Neste arranjo conhecido, uma torção do cartucho de filtro não é efetivamente impedida, e isto pode ser a causa de danos aos elementos de filtro. A DE 39 27 455 Cl mostra um módulo de filtro para enriquecimento ou empobrecimento e também para a filtração com o auxílio de membranas semipermeáveis, o qual compreende, em um alojamento de filtro, um cartucho substituível, em cujas regiões de extremidade os capilares são mantidos em partes de resina de epóxi fundida, de modo a se fixarem-nos de maneira não deslocável e estanque a fluido. Estas partes fundidas são encaixadas por um par de anéis em 0 em suas superfícies externas para se efetuar um selo. Entre cada par de anéis em 0, um anel de grampeamento se confina com a superfície circunferencial das partes fundidas para a fixação do cartucho no alojamento de filtro.

Os anéis de grampeamento são selados pelos anéis em 0, de modo que nenhuma contaminação do filtrado possa ocorrer neste ponto. O anel de grampeamento é de metal, enquanto o composto de vedação é feito de um material plástico.

Obviamente, os dois materiais têm coeficientes diferentes de expansão térmica. Com este tipo de afixação por meio de um anel de grampeamento em uma superfície externa lisa do composto de vedação, estes coeficientes de expansão térmica diferentes podem ser a causa do composto de vedação e, assim, o cartucho deslizante, deslizar para fora do mantenedor quando uma pressão é exercida, isto é, durante uma operação do dispositivo de filtração, de modo que não há garantia de um bom selo nos referidos pontos. No relatório descritivo, esta referência propõe reduzir a expansão térmica pela adição de enchimentos ao composto de vedação, o que, contudo, tem o inconveniente de estes enchimentos poderem prejudicar as propriedades de resistência e, dependendo do uso no qual o filtro for colocado, possivelmente têm uma influência negativa sobre a segurança do mesmo em alimentos, particularmente no caso de filtração de bebidas. Mais ainda, se a força de grampeamento for aumentada para se fazer o cartucho ficar no lugar, uma deformação das regiões de extremidade pode ocorrer, o que pode afetar a característica de fluxo em canais de fluido próximo da superfície.

Partindo da DE 39 27 455 Cl, o objetivo da invenção é prover um dispositivo de filtração no qual o cartucho de filtro seja mantido no alojamento de uma maneira simples, sem deformações ou vazamentos ocorrerem em razão de flutuações de temperatura.

Este objetivo é atingido por um dispositivo de filtração de acordo com as características da reivindicação 1, onde as peças de extremidade são feitas de um material de fundição no qual as porções de extremidade do elemento de filtro são embutidas, onde a superfície externa das peças de extremidade formadas do material fundido compreende uma estrutura de retenção formada ali para cooperação com o referido dispositivo de retenção, a referida estrutura de retenção estando localizada em uma porção das peças de extremidade a qual é selada contra um volume do alojamento de filtro, o qual está em conexão de fluido com a entrada não de filtrado e o qual é ainda selado contra um volume do alojamento de filtro o qual está em conexão de fluido com a saída de filtrado por meio de um primeiro e um segundo elementos de vedação, respectivamente. 0 material de fundição das peças de extremidade se encaixa de forma vedante no elemento de filtro em suas porções de extremidade. 0 elemento de filtro pode compreender uma pluralidade de membranas de fibra capilar ou oca. Alternativamente, o elemento de filtro pode compreender uma ou mais membranas tubulares planas opcionalmente enroladas em espiral em torno do eixo longitudinal do cartucho de filtro.

De modo a se prover um percurso de fluxo bem definido de uma peça de extremidade para a outra, as membranas tubulares planas compreendem uma folha espaçadora a qual mantém as paredes de membrana espaçadas uma da outra. A estrutura de retenção preferencialmente é formada de modo integral na superfície periférica das peças de extremidade e coopera com o dispositivo de retenção, cujos dispositivo de retenção e estrutura de retenção preferencialmente se interencaixam de forma frouxa. Não é necessário aplicar uma força de grampeamento radial às peças de extremidade. 0 termo "frouxo" significa que um interespaço está presente entre o dispositivo de retenção e a estrutura de retenção, de modo que um movimento do cartucho de filtro seja tornado possível pelo menos no sentido do comprimento ou na direção axial do alojamento de filtro. A frouxidão (folga) pode ser provida na direção radial e/ou na axial, de modo a se compensarem movimento e/ou mudanças geométricas do cartucho de filtro devido a influências térmicas. Assim, diferentemente das modalidades do estado da técnica, meios de retenção substancialmente determinados por forma são providos, os quais permitem uma mobilidade restrita do cartucho de filtro em pelo menos uma direção, causada, por exemplo, por mudanças no comprimento resultantes de influências térmicas. 0 dispositivo de retenção prende o cartucho e exerce sua função de retenção apenas quando o dispositivo de retenção se apoiar contra a estrutura de retenção devido ao deslocamento ou a uma mudança no comprimento do cartucho. A fabricação do dispositivo de filtração inventivo é barata, porque o cartucho de filtro não requer um alojamento separado e o material usado para o dispositivo de retenção e aquele usado para o material de fundição são livremente selecionáveis. Por exemplo, partes do material plástico podem ser usadas para o dispositivo de retenção.

Uma outra vantagem é que o material de fundição (também denominado a partir deste ponto um composto de vedação) não precisa ser modificado para adaptação dos coeficientes de expansão térmica e, em particular, não requer uma modificação com enchimentos prejudicando as propriedades de resistência do composto de vedação.

Uma folga radial é importante quando o composto de vedação em si sofre uma forte expansão de material em relação ao alojamento. Uma mobilidade axial do cartucho de filtro deve ser admissível com respeito a aumentos de comprimento dos elementos de filtro. O projeto do filtro e os materiais usados para o dispositivo de filtração ditam se uma mobilidade axial e uma radial devem ser permitidas pelo dispositivo de retenção e pela estrutura de retenção.

Um movimento axial pode ser permitido em ambas as direções axiais ou em apenas uma direção axial, isto dependendo do arranjo dos elementos de vedação. Assim, de acordo com uma modalidade, por exemplo, pelo menos um elemento de vedação pode ser disposto na superfície periférica do composto de vedação (peça de extremidade) em cada lado da estrutura de retenção. Os elementos de vedação usados podem ser anéis de vedação, particularmente anéis em 0. Nesta modalidade, um deslocamento axial do cartucho de filtro não prejudica o selo provido pelos elementos de vedação, de modo que deslocamentos axiais em ambas as direções axiais são admissíveis.

As dimensões das estruturas de retenção e dos dispositivos de retenção podem ser tais que, seguindo-se à instalação dos mesmos, um interespaço seja tornado disponível em cada extremidade do e adjacente ao dispositivo de retenção, cujo interespaço pode ser utilizado para compensação de mudanças de comprimento. Uma restrição do aumento de comprimento pode ser necessária, para se evitar que os elementos de vedação deslizem para fora e o selo entre as partes se torne não apertado.

De acordo com uma outra modalidade, um elemento de vedação pode ser disposto na face de extremidade do cartucho de filtro. 0 elemento de vedação é disposto, neste caso, entre o composto de vedação e o cabeçote de filtro e é comprimido durante uma instalação, de modo que um invólucro de vedação seja provido desde o principio. Um alongamento do cartucho é admissível, neste caso, uma vez que isto se manifesta apenas por uma compressão adicional do elemento de vedação. 0 arranjo e o tamanho das estruturas de retenção e dos dispositivos de retenção neste caso deve ser tal que se exclua substancialmente uma contração no comprimento, o que levaria à exposição do elemento de vedação de face de vedação. Isto significa que, nesta modalidade, um interespaço é provido entre o dispositivo de retenção e a estrutura de retenção em uma extremidade apenas.

Os dispositivos de retenção também podem ser dispostos entre o cabeçote de filtro e um portador de anel de vedação tendo pelo menos um elemento de vedação se apoiando contra o composto de vedação das peças de extremidade.

Um segundo elemento de vedação pode ser disposto em um portador de anel de vedação, este se apoiando contra uma parte de alojamento.

Em ambos os casos é disposto pelo menos um elemento de vedação entre o composto de vedação e o alojamento.

Uma estrutura de retenção adequada e um dispositivo de retenção, por exemplo, são um anel de retenção dividido em segmentos de anel e uma ranhura anular, respectivamente.

Considerando-se a folga admissível, nenhuma demanda muito alta quanto à precisão da ranhura precisa ser satisfeita, como é o caso com ranhuras de vedação. Neste caso, é uma vantagem quando a ranhura anular exibe uma seção transversal trapezoidal, em cujo caso o anel de retenção dividido também deve exibir uma seção transversal trapezoidal, de modo que, por um lado, a montagem das peças seja facilitada e, por outro lado, a centralização do cartucho de filtro seja possível. Um anel de retenção dividido como esse, por exemplo, pode ser comprimido entre o cabeçote de filtro e o alojamento de cartucho de filtro. O enrolamento preferencialmente pode ser produzido a partir de um material plástico, por exemplo, por moldagem por injeção. Tais moldagens por injeção são mais baratas do que anéis de metal, particularmente quando as partes do anel preferencialmente exibem meios para encaixe com pressão em conjunto, o que facilita a montagem.

Os flancos da ranhura devem ser formados de maneira tal que eles possam absorver altas forças axiais. A base da ranhura pode ser de qualquer formato desejado.

Estruturas adicionais, digamos, na ranhura ou no dispositivo de retenção podem servir como batentes antitorção.

Além disso, outras estruturas de retenção podem ser dispostas no anel de retenção, as quais se encaixam em estruturas correspondentes no alojamento de filtro.

De acordo com uma outra modalidade, o dispositivo de retenção pode compreender cavilhas de retenção e a estrutura de retenção orifícios cegos providos no composto de vedação das peças de extremidade. De modo a se permitir um movimento axial do cartucho de filtro, os diâmetros dos orifícios cegos são maiores do que os diâmetros externos das cavilhas de retenção.

Uma outra modalidade provê ganchos para o dispositivo de retenção e estruturas de fechamento de baioneta para as estruturas de retenção, as quais se encaixam nos referidos ganchos.

Uma outra possibilidade compreende estruturas roscadas de parafuso, o dispositivo de retenção tendo uma rosca fêmea e as estruturas de retenção uma rosca macho, a qual se encaixa na rosca fêmea. A rosca fêmea pode ser provida, por exemplo, no cabeçote de filtro ou no alojamento de filtro formando o dispositivo de retenção. As roscas fêmeas e machos podem ser intercambiadas, se desejado. 0 cartucho de filtro substituível da invenção, como definido na reivindicação 16, é caracterizado pelo fato de uma estrutura de retenção ser integralmente formada nas peças de extremidade de composto de vedação. A presente invenção ainda se refere a um processo para a fabricação de um cartucho de filtro, como definido na reivindicação 17.

Ambas as porções de extremidade do elemento de filtro podem ser posicionadas simultaneamente para se estenderem para os moldes para a formação das respectivas peças de extremidade do cartucho de filtro ou apenas um molde pode ser usado para se fundirem seqüencialmente as peças de extremidade do cartucho.

Antes de tudo, as porções de extremidade do elemento de filtro são embutidas no material de fundição (composto de vedação). Quando as seções de face das peças de extremidade são removidas, preferencialmente cortadas, as porções de extremidade do elemento de filtro são acessíveis de forma aberta nas faces de peça de extremidade e o elemento de filtro então provê um percurso de fluxo de fluido de uma peça de extremidade para a outra.

Devido a isto, o elemento de filtro não precisa ser posicionado muito precisamente na direção no sentido do comprimento com suas porções de extremidade na cavidade de molde, o que facilita a produção das peças de extremidade.

Devido à estrutura unitária do tampão e da inserção cilíndrica, superfícies de vedação perfeitas são obtidas em um dos lados da estrutura de retenção das peças de extremidade, sem se ter a necessidade de acabar tais superfícies após a liberação das peças de extremidade do molde. A qualidade superficial da estrutura de retenção não é crítica, uma vez que a superfície não tem uma função de vedação. As marcas de superfície resultantes do uso de um anel dividido na área da estrutura de retenção são muito bem toleráveis.

As modalidades de exemplo da invenção são ilustradas abaixo, com referência aos desenhos.

Nos desenhos: a Fig. 1 é uma seção transversal longitudinal através de um dispositivo de filtração de acordo com uma primeira modalidade; a Fig. 2 é uma seção transversal longitudinal através de um dispositivo de filtração na região de um cabeçote de filtro de acordo com uma outra modalidade; a Fig. 3 é uma vista lateral de uma extremidade de um cartucho de filtro, como mostrado nas Fig. 1 e 2; a Fig. 4 é uma vista lateral de uma extremidade de um cartucho de filtro de acordo com uma outra modalidade; a Fig. 5 é uma vista lateral de uma extremidade de um cartucho de filtro de acordo com uma outra modalidade; a Fig. 6 é uma vista lateral de uma extremidade de um cartucho de filtro de acordo com uma outra modalidade; a Fig. 7 é uma seção transversal longitudinal através do molde para a produção do composto de vedação de um cartucho de filtro; a Fig. 8 é uma seção transversal longitudinal através de um dispositivo de filtração na região de um cabeçote de filtro de acordo com uma outra modalidade; a Fig. 9 é uma seção transversal longitudinal através de um dispositivo de filtração na região de um cabeçote de filtro de acordo com uma outra modalidade; a Fig. 10 é uma seção transversal longitudinal através de um dispositivo de filtração na região de um cabeçote de filtro de acordo com uma outra modalidade; a Fig. 11 é uma vista final de topo de uma face de uma modalidade específica de um cartucho de filtro inventivo; e a Fig. 12 é uma vista final de topo de uma face de uma outra modalidade específica de um cartucho de filtro inventivo. A Fig. 1 mostra um dispositivo de filtração que tem um alojamento de filtro cilíndrico 1 no qual luminância cartucho de filtro 20 é disposto. O cartucho de filtro 20 compreende um elemento de filtro na forma de um feixe 28 de membranas de fibra capilar ou oca, o qual é embutido em ambas as extremidades em um composto de vedação formando peças de extremidade 21, 21' . Entre as duas peças de extremidade 21, 21', o feixe 28 é circundado por uma rede 25 como uma proteção durante o transporte, esta rede 25 também sendo embutida no composto de vedação de peças de extremidade 21, 21' . As peças de extremidade têm em suas superfícies periféricas uma face de vedação 23, 23', contra a qual um anel em O 50, 50' se apóia, o qual é travado em posição em uma ranhura 5, 5' do alojamento de filtro 1.

Mais ainda, o alojamento de filtro 1 possui canais de fluxo de saída anulares 6, 6' e duas saídas de filtrado 3, 3'. A câmara de filtrado 41 é disposta entre o cartucho de filtro 20 e a parede de alojamento 2. 0 alojamento de filtro 1 compreende um alojamento de cartucho de filtro la cujas faces são formadas por flanges de fixação anulares 4, 4' contra os quais os cabeçotes de filtro 10, 10' se apoiam com seus flanges de fixação 14, 14', onde eles são conectados ao alojamento de cartucho de filtro la. 0 flange de fixação 14, 14' é moldado em um colar 11, 11', o qual é conectado à entrada não de filtrado 13, 13' através de uma parede de cabeçote 12, 12', a qual é em ângulos retos com o eixo longitudinal do dispositivo de filtração. As faces 24, 24' do cartucho de filtro 2 0 são associadas às entradas não de filtrado 13, 13', de modo que o espaço nas faces de extremidade 24, 24' forme em cada caso a câmara não de filtrado 40, 40'. O cabeçote de filtro 10, 10' possui um recesso anular 15, 15' no qual um anel de retenção dividido 27, 27' pode ser adaptado entre o cabeçote de filtro 10, 10' e o alojamento de filtro 1. Este anel de retenção 27, 27' se encaixa em uma estrutura de retenção na forma de uma ranhura 22, 22' na superfície periférica da peça de extremidade 21, 21' por meio do que o cartucho de filtro 20 é preso. A ranhura 22, 22' possui uma seção transversal trapezoidal correspondente â seção transversal trapezoidal do anel de retenção 27, 27' . A largura e a profundidade da ranhura 22, 22' são ligeiramente maiores do que a largura do contorno interno trapezoidal do anel de retenção, de modo que um interespaço 43 (mostrado em uma escala aumentada) seja formado, o que permite uma expansão radial e um deslocamento axial do cartucho de filtro na direção das setas 60, se as dimensões do cartucho de filtro 20 mudarem considerando-se variações de temperatura.

Preferencialmente, um interespaço 43 é disposto no lado do anel de retenção 27, 27' remoto da face de extremidade 24, 24', enquanto no lado oposto o anel de retenção 27, 27' se apóia contra a parede lateral da ranhura 22, 22'. Isto assegura que o anel em O 51 situado na face de extremidade sempre se apoie de forma vedante contra a parede de cabeçote 12 , 12' .

As superfícies em formato de cunha da ranhura 22, 22' e do anel de retenção 27, 27' permitem uma montagem simples e um alinhamento do cartucho de filtro 20.

Na face de extremidade 24, 24' da peça de extremidade 21, 21', é provida uma outra ranhura 29, 29' que tem um anel em O 51, 51' , o qual faz pressão contra a parede de cabeçote 12, 12', quando instalado. 0 anel de retenção 27, 27' assim é envolvido e é disposto em uma câmara de fixação anular 42, 42', a qual é selada da câmara de filtrado 41 e da câmara não de filtrado 40, 40'. Isto impede o anel de retenção 27, 27' de contaminar o filtrado. 0 arranjo de ranhura 22, 22' e anel de retenção 27, 27' é tal que o anel em O 51, 51' é mantido sob pressão e, assim, se apóia de forma vedante contra a parede de cabeçote. Mesmo no caso de deslocamento axial do cartucho de filtro, o selo se mantém e o anel em O 51, 51' é no máximo adicionalmente comprimido. A Fig. 2 ilustra uma outra modalidade, a qual difere da modalidade mostrada na Fig. 1 pelo fato de ambos os anéis em O 50 e 51 se apoiarem contra a superfície periférica 23 do composto de vedação da peça de extremidade 2l. O colar 31 do cabeçote de filtro 30, o qual exibe uma parede de cabeçote 32, uma entrada não de filtrado 33 e um flange de fixação 34, assim sendo, possui uma ranhura anular 35 para a acomodação do segundo anel em 0 51. Nesta modalidade, também, o anel de retenção 27 é envolvido e selado e não contata o não filtrado nem o filtrado.

Uma vez que ambos os anéis em 0 50 e 51 são dispostos na superfície periférica 23, a largura da ranhura 22 e o arranjo do anel de retenção 27 podem ser tais que em ambos os lados do anel de retenção 27, 27' um interespaço 43a, b seja formado, o que permite o deslocamento do cartucho de filtro em ambas as direções, como indicado pelas setas 61. A Fig. 3 é uma vista lateral parcial dos cartuchos de filtro mostrados nas Fig. 1 e 2. A ranhura 22 pode mostrar uma porção abaulada 120, a qual se estende na direção axial e atua como um batente antitorção. A capacidade de deslocamento axial do cartucho de filtro 20 não é prejudicada por este meio. Ele meramente impede uma torção ou um giro do cartucho de filtro durante uma operação. A Fig. 4 ilustra uma outra modalidade, na qual a estrutura de retenção consiste em orifícios cegos 122 distribuídos em torno da periferia do composto de vedação 21. Estes orifícios cegos 122 são encaixados por pinos ou cavilhas, os quais podem ser presos de forma removível entre as peça de extremidade 21, 21' e o alojamento de filtro 1, como o anel de retenção 27.

De modo a se garantir uma mobilidade axial do cartucho de filtro 20 como tal, o diâmetro dos orifícios cegos 122 pode ser maior do que o diâmetro dos pinos se encaixando nos referidos orifícios cegos 122. A Fig. 5 ilustra uma outra modalidade, na qual a estrutura de retenção é na forma de uma rosca macho 222.

Neste caso, o alojamento de cartucho de filtro ou o cabeçote de filtro tem uma rosca fêmea correspondente, de modo que o cartucho de filtro possa ser rosqueado. Nesta modalidade, também, pode ser feita uma provisão para a largura das ranhuras da rosca macho 222 serem maiores do que as roscas correspondentes no alojamento de filtro ou no cabeçote de filtro, de modo que uma mobilidade axial do cartucho de filtro 20 seja assegurada. A Fig. 6 ilustra uma outra modalidade, a qual exibe estruturas tipo de baioneta 322 como estruturas de retenção.

Nesta modalidade, também, as estruturas correspondentes são providas no alojamento de cartucho de filtro ou no cabeçote de filtro ou nos cabeçotes de filtro, cujas estruturas se encaixam na estrutura tipo de baioneta. A Fig. 7 é uma seção transversal longitudinal através de um molde 90 para a produção da peça de extremidade 21. O molde 90 compreende um tampão unitário 91, um anel de retenção dividido 92 e uma inserção cilíndrica 93. A porção de parede interna axialmente simétrica adjacente à extremidade fechada do tampão 91 e a inserção cilíndrica axialmente simétrica 93 formam as superfícies da peça de extremidade 21 servindo como superfícies de vedação para os selos. Uma liberação de molde é realizada na direção axial, enquanto o anel de retenção dividido 92 é removido radialmente da peça de extremidade moldada.

Após a remoção da peça de extremidade 21 do molde 90, uma porção de face é cortada ao longo da linha interrompida 94. As porções de extremidade do elemento de filtro (feixe 28 de fibras capilares) agora são acessíveis em cada face das peças de extremidade 21, 21' e proveem um percurso de fluxo para um fluido se estendendo a partir de uma porção de extremidade do cartucho para a outra.

Embora a Fig. 7 mostre um anel dividido, a partir da estrutura de retenção da peça de extremidade, como mostrado nas Fig. 1 e 2, é facilmente concebível que outros tipos de estruturas do anel dividido que se projeta radialmente para dentro a partir da porção de parede cilíndrica de tampão 91 deem origem a estruturas de retenção como mostrado nas Fig. 3 a 6. A Figura 8 ilustra uma outra modalidade, a qual exibe um cabeçote modificado 30' que tem em sua superfície externa uma rosca macho 55 a qual coopera com uma rosca fêmea 56 no alojamento de cartucho 2. 0 flange de fixação 4 possui dois degraus 400, 401 e uma parede anular 403 provida com a rosca fêmea 56. No degrau, é disposta uma ranhura inclinada anular que se estende para dentro. 0 anel de retenção 27 é estendido radialmente para fora na forma de uma aleta 270, em cuja extremidade externa aletas inclinadas 271 são dispostas, estas sendo distribuídas em torno de toda a periferia do referido anel.

Quando o cabeçote 30' é rosqueado, o anel de retenção 27 se move em direção à ranhura inclinada 402, de modo que as aletas 271 se encaixem na ranhura inclinada 402. Isto leva ao aprisionamento do anel de retenção 27. Quando o cabeçote 30' é removido, o anel de retenção dividido 27 é recolhido. Devido às aletas 271 cooperarem com a ranhura 402, um movimento axial do cabeçote 30' é transformado em movimento radial das partes do anel retentor 27. A metade superior da Fig. 8 mostra o arranjo quando o cabeçote 30' é parcialmente desenroscado. A metade inferior mostra o cartucho de filtro travado com o cabeçote 30' enroscado. Ao invés de uma construção de parafuso, pode ser provida uma conexão tipo de flange compreendendo cavilhas de escora e porcas. A Fig. 9 ilustra uma outra modalidade, a qual exibe um cabeçote 30", o qual em conjunto com a ranhura anular 53, torna possível que todos os anéis em 0 50, 51 e 52 sejam dispostos na direção axial e sejam comprimidos na direção axial. A peça de extremidade 21 possui uma projeção radial 21a em sua extremidade remota da face 24. Esta projeção 21a se estende direto para cima até o flange de fixação 4 do alojamento e forma uma superfície de apoio para o anel de vedação 50. Como o anel de vedação 52, o anel de vedação 50 é disposto em um portador de anel de vedação 53, cujas duas ranhuras são anulares, a ranhura interna sendo oposta à projeção 21a e a ranhura externa sendo oposta ao flange 4.

Este portador de anel de vedação 53 é instalado entre a projeção 21a ou o flange 4 e o cabeçote de filtro 30" ou o anel de retenção 27, respectivamente. Nesta modalidade, também, o cabeçote 30" possui uma rosca macho e o alojamento de filtro tem uma parede 403 que tem uma rosca fêmea, de modo que o cabeçote 3 0" possa ser rosqueado em posição. Esta modalidade possui vantagens para regulagem, uma vez que o cartucho não precisa ser empurrado para fora sob um alto gasto de energia. As exigências de energia nesse sentido são menores do que no caso da modalidade mostrada na Fig. 2. A Figura 10 ilustra uma outra modalidade, a qual exibe um portador de anel de vedação modificado 53 e um anel de retenção 27. 0 portador de anel de vedação 53 porta, em sua superfície interna, o anel de vedação 50 e, em sua superfície externa, o anel de vedação 52, e fecha o canal de filtrado anular 6. O anel de retenção 27 possui uma superfície inclinada 27a, de modo que quando o cabeçote de filtro for enroscado, o anel de retenção 27 seja pressionado contra o portador de anel de vedação 53 e seja comprimido contra o alojamento. Durante a montagem, o cartucho deslizante é simultaneamente empurrado para sua posição ótima. A Fig. 11 mostra uma vista frontal da face frontal de uma peça de extremidade 140 de um cartucho de filtro o qual inclui uma pluralidade de membranas tubulares planas 142 dispostas em paralelo umas com as outras, as quais formam o elemento de filtro 141. A largura das membranas tubulares planas 142 varia, de modo a se fazer um uso máximo da largura da peça de extremidade, maximizando-se a área superficial de membrana do elemento de filtro. De modo a se manterem as paredes co-extensivas 146, 147 de uma membrana tubular plana 142 espaçadas umas das outras, um espaçador 143 em forma de folha é inserido em cada uma das membranas 142. O espaçador 143 impede que a membrana tubular 142 colapse, o que tornaria a membrana individual 142 inoperante, mas não prejudicaria o escoamento de fluido na direção no sentido do comprimento da membrana tubular 142.

As membranas tubulares 142 são embutidas de forma vedante em um material de fundição 144 feito de um composto de vedação o qual forma a peça de extremidade 14 0 e são mantidas em uma distância pré-definida umas das outras. A Fig. 12, de novo, mostra uma vista frontal da face dianteira de uma peça de extremidade 160 de um cartucho de filtro, o qual compreende uma membrana tubular plana 162, a qual forma um elemento de filtro 164. A membrana tubular plana 162 é enrolada em espiral em torno de um eixo longitudinal, enquanto os enrolamentos da membrana tubular 162 são mantidos a uma certa distância uns dos outros. As paredes co-extensivas 166, 167 da membrana tubular plana 162 são mantidas separadas umas das outras por uma folha espaçadora 168. A porção de extremidade de elemento de filtro 164 é embutida em um material de fundição 170 fixando os enrolamentos da membrana tubular plana 162 em uma distância pré-definida. É facilmente concebível que não apenas uma membrana tubular plana possa ser usada neste tipo de elemento de filtro, mas duas ou mais membranas tubulares planas podem ser usadas e enroladas em espiral em torno de um eixo longitudinal.

Quando do embutimento das porções de extremidade destes elementos de filtro 141 e 164 no material de fundição 144 e 170, respectivamente, as membranas tubulares ou seus enrolamentos podem ser mantidos separados uns dos outros por elementos espaçadores, os quais também são embutidos no material de fundição (não mostrado nas Fig. 11 e 12), e os quais não têm mais função, uma vez que a porção de extremidade do elemento de filtro 141 e 164 seja mantida de forma fixa pelo material de fundição 144 e 170, respectivamente.

Claims (16)

1. Dispositivo de filtração caracterizado por compreender: - um alojamento de filtro (1) que tem pelo menos uma entrada de não filtrado (13) e pelo menos uma saida de filtrado (3, 3'), - um cartucho de filtro substituível (20) inserido no referido alojamento de filtro (1) e contendo pelo menos um elemento de filtro o qual é fixado em ambas as extremidades do cartucho em peças de extremidade (21, 21'), em que o elemento de filtro fixado nas referidas peças de extremidade define um percurso de fluxo para um fluido se estendendo a partir de uma extremidade do cartucho até a outra; e - pelo menos um dispositivo de retenção para suporte do cartucho de filtro (20) no alojamento de filtro (1), o qual indireta ou diretamente se apóia contra o alojamento de filtro (1) na direção axial, - em que as peças de extremidade (21, 21') são feitas de um material de fundição no qual as porções de extremidade do elemento de filtro são embutidas, em que a superfície externa das peças de extremidade (21, 21') formadas do material de fundição compreende uma estrutura de retenção formada nela para cooperação com o referido dispositivo de retenção, a referida estrutura de retenção estando localizada em uma porção das peças de extremidade (21, 21') a qual é selada contra um volume do alojamento de filtro o qual está em conexão de fluido com a entrada de não filtrado e a qual ainda é selada contra um volume do alojamento de filtro o qual está em conexão de fluido com a saida de filtrado por um primeiro e por um segundo elemento de vedação, respectivamente; e - em que o dispositivo de retenção e a estrutura de retenção são projetados para se interencaixarem de forma frouxa para, desse modo, permitir um movimento do cartucho de filtro em relação ao alojamento de filtro na direção longitudinal e/ou radial do mesmo.

2. Dispositivo de filtração, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do elemento de filtro compreender um feixe (28) de membranas de fibra capilar ou oca.

3. Dispositivo de filtração, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato do alojamento de filtro compreender um alojamento de cartucho de filtro que tem uma primeira e uma segunda extremidade aberta e compreender ainda um cabeçote de filtro destacável em cada extremidade aberta, e em que o dispositivo de retenção é retido entre o cabeçote de filtro e o alojamento de cartucho de filtro.

4. Dispositivo de filtração, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato do dispositivo de retenção ser comprimido entre o referido alojamento de cartucho de filtro e o referido cabeçote de filtro (10, 10' ) .

5. Dispositivo de filtração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos elementos de vedação ser na forma de um anel ranhurado que acomoda pelo menos um anel de vedação.

6. Dispositivo de filtração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do referido dispositivo de retenção ser um anel de retenção (27, 27' ) dividido em uma multiplicidade de segmentos de anel, e da referida estrutura de retenção ser uma ranhura anular (22) encaixada pelo referido anel de retenção (27, 27' ) .

7. Dispositivo de filtração, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato da ranhura anular (22) ter uma seção transversal trapezoidal.

8. Dispositivo de filtração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do referido dispositivo de retenção compreender cavilhas de retenção e da referida estrutura de retenção consistir em orifícios cegos radiais (122) , os quais são encaixados pelas referidas cavilhas.

9. Dispositivo de filtração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do referido dispositivo de retenção compreender ganchos e da referida estrutura de retenção ser na forma de estruturas de fechamento de baioneta (322) a serem encaixadas pelos referidos ganchos.

10. Dispositivo de filtração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do referido dispositivo de retenção compreender uma rosca fêmea ou macho (55, 56, 222) e da referida estrutura de retenção consistir em uma rosca complementar.

11. Dispositivo de filtração, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do anel de retenção (27, 27') exibir estruturas de fixação (271), as quais cooperam com as estruturas complementares no alojamento de cartucho de filtro (1).

12. Dispositivo de filtração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento de vedação (51, 51') ser disposto na face de extremidade (24) das peças de extremidade (21, 21' ) .

13. Dispositivo de filtração, de acordo com a reivindicação 5 ou 12, caracterizado pelo fato das referidas peças de extremidade (21, 21') terem uma projeção (21a) se estendendo radialmente a partir da circunferência das peças de extremidade, e em que o anel ranhurado (53) se confina contra a referida projeção (21a).

14. Dispositivo de filtração, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de pelo menos um elemento de vedação (50, 50') ser disposto entre as referidas peças de extremidade (21, 21') e o alojamento de cartucho de filtro, e em que pelo menos um elemento de vedação (51) é disposto entre a peça de extremidade (21) e o cabeçote de filtro (10, 10').

15. Cartucho de filtro substituível (20) para inserção em um alojamento de filtro de um dispositivo de filtração, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, e um dispositivo de retenção para suporte do referido cartucho de filtro no referido alojamento de filtro, o referido cartucho sendo caracterizado por compreender um elemento de filtro, particularmente na forma de um feixe (28) de membranas de fibra capilar ou oca, o elemento de filtro sendo fixado em ambas as extremidades do cartucho nas peças de extremidade (21, 21'), em que o elemento de filtro fixado nas referidas peças de extremidade definem um percurso de fluxo para um fluido que se estende a partir de uma extremidade do cartucho até a outra; em que as peças de extremidade (21, 21') são feitas de um material de fundição no qual as referidas porções de extremidade dos elementos de filtro são embutidas, em que a superfície externa das peças de extremidade (21, 21') formadas do material de fundição compreende uma estrutura de retenção formada nela, a referida estrutura de retenção estando localizada em uma porção das respectivas peças de extremidade (21, 21') a qual é selável contra um volume do alojamento de filtro o qual está em conexão de fluido com a entrada de não filtrado e a qual é ainda selável contra um volume do alojamento de filtro o qual está em conexão de fluido com a saída de filtrado por um primeiro e um segundo elemento de vedação, respectivamente, dispostos na superfície periférica do composto de vedação da peça de extremidade em cada lado da estrutura de retenção; e em que o referido dispositivo de retenção e a referida estrutura de retenção são projetados para se interencaixarem de forma frouxa para, desse modo, permitir um movimento do cartucho de filtro quando inserido em um alojamento de filtro em relação ao referido alojamento de filtro na direção longitudinal e/ou radial do mesmo.

16. Processo para a fabricação de um cartucho de filtro, como definido na reivindicação 15, caracterizado por compreender as etapas de: - provisão de pelo menos um elemento de filtro que tem duas porções de extremidade; - provisão de um molde para a formação de peças de extremidade do cartucho de filtro acomodando uma das porções de extremidade do elemento de filtro; - posicionamento do elemento de filtro com uma porção de extremidade se estendendo no referido molde; alimentação de um material de fundição para o referido molde, para a formação de uma primeira peça de extremidade do cartucho de filtro acomodando uma das porções de extremidade do elemento de filtro; - liberação da primeira peça de extremidade do molde; - posicionamento do elemento de filtro com sua outra porção de extremidade se estendendo para o referido molde; alimentação de um material de fundição para o referido molde, para a formação de uma segunda peça de extremidade para acomodação da outra porção de extremidade do elemento de filtro; - liberação da segunda peça de extremidade do molde; - remoção das porções de face das primeira e segunda peças de extremidade, de modo a prover porções de extremidade aberta do elemento de filtro acessível a partir de cada face das primeira e segunda peças de extremidade e provendo um percurso de fluxo para um fluido que se estende a partir de uma porção de extremidade do cartucho até a outra; em que o molde usado para a formação das peças de extremidade compreende um tampão unitário fechado em uma extremidade, um anel dividido e uma inserção cilíndrica unitária; o referido tampão compreendendo em seu interior uma porção de parede cilíndrica adjacente à extremidade fechada do tampão para a formação de uma primeira superfície de vedação no exterior da peça de extremidade, um primeiro recesso para acomodação do referido anel dividido e um segundo recesso para acomodação da referida inserção unitária, o referido anel dividido sendo posicionado entre a porção de parede cilíndrica e a referida inserção cilíndrica e tendo uma estrutura que se projeta radialmente para dentro a partir da referida porção de parede cilíndrica para a formação de uma estrutura de retenção em recesso no exterior da referida peça de extremidade, e a referida inserção cilíndrica tendo uma parede cilíndrica interna a qual é co-extensiva com a referida porção de parede cilíndrica do referido tampão para a formação de uma segunda superfície de vedação no exterior da referida peça de extremidade.