PT87576B

PT87576B - Processo e dispositivo para a desintegracao controlada de uma nuvenm de aerossol

Info

Publication number: PT87576B
Application number: PT87576A
Authority: PT
Inventors: Joseph Magill
Original assignee: Euratom
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1993-09-30
Also published as: EP0292932B1; US4848656A; DK284288A; IE60858B1; PT87576A; DK166484B1; IE881577L; LU86900A1; EP0292932A1; DE3866777D1; DK284288D0; ES2028176T3

Description

DESCRIÇÃO

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

N.° 87 576

REQUERENTE: EUROPAISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EURATOM),luxem burguesa,industrial, com sede em Bâtiment Pia teau du Kirchberg, L - 2920 Luxemburgo.

EPÍGRAFE: PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DESINTEGRA

ÇÃO CONTROLADA DE UMA NUVEM DE AEROSSOL

INVENTORES: Joseph Magill.

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.

Luxemburgo, em 26 de Maio de 1987,sob o n?. 86 900.

INPI MOO. U3 RF 1C732

EUROPAISCHE ATOMGEMEINSCEAFT (EURATOM)

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA A DESINTEGRAÇÃO CONTROLADA DE UMA NUVEM DE AEROSSOL

A presente invenção refere-se a um processo e a um dispositivo para a desintegração contínua de uma nuvem de aerossol e à aplicação deste processo à remoção de gases tóxicos.

Já se conhecem processos por meio dos quais partículas nocivas, contidas no ar, podem ser eliminadas mediante meios e medidas físicos e/ou químicos ou removidas do campo visual, ver por exemplo a patente de invenção US-A-J 606 153· Estes processos incluem também a irradiação das partículas com ondas sonoras e ultra-sonoras, que são emitidas a partir do solo ou de um navio, e dirigidas por emissores de som adequados, para as nuvens de partículas, que aparecem na maior parte das vezes sob a forma de neblinas. A emissão sonora tem por finalidade densificar e coagular as partículas, de modo que as mesmas desçam para o solo sob a acção da gravidade.

Na patente de invenção GB-A-I54 020 descreve-se uma sereia de ultra-som a qual deve ser utilizada a bordo de navios e que emite duas ondas sonoras com frequências iguais na gama de 16 a 22 kHz e que estão desfasadas entre si de 180°C nas suas fases. A intaasidade da emissão sonora é ajustável e variável.

Na irradiação dirigida a neblinas com frequências na ga

-2-, ma audio, precisa-se de intensidades muito elevadas do campo so. noro, atingindo pelo menos 150 dB, a fim de se obter uma coagula, ção satisfatória das partículas.

A presente invenção baseia-se no problema de proporcionar um processo de irradiação de ondas sonoras que seja especialmente adequado para a desintegração de nuvens de aerossol con tidas no ar atmosférico no caso de sinistros graves em instalações nucleares e químicas que emitem nuvens de partículas radio, activas e/ou tóxicas para a atmosfera ambiente. Os perigos daí resultantes para os homens e 0 meio ambiente, pelo espalhamento atmosférico das substância perigosas em distâncias de possivelmente várias centenas de quilómetros, podem assim ser reduz.! das consideravelmente. 0 proc.esso tem em especial a finalidade de influenciar as partículas de tal modo que as mesmas possam ser recolhidas. Isto não é possível com os referidos métodos co nhecidos.

objecto da presente invenção é portanto um processo para a desintegração controlada de uma nuvem de aerossol, por meio de ondas sonoras dirigidas com grande intensidade na gama de frequências audio, sendo este processo caracterizado por as ondas sonoras serem emitidas a partir de ua meio de transporte aéreo que se encontra na proximidade imediata da nuvem, consistindo o espectro de frequências da onda sonora numa frequência básica e numa frequência de sobreposição que tem o valor duplo da frequência básica e está desfasada de 90° era relação a esta última, de modo que as partículas da nuvem coagulem e se desloquem em relação à fonte sonora, e que as partículas sejam então recolhidas por meio de transporte, aéreo.

-3Para a desrição de formas de execução preferidas do pro cesso da presente invenção e do dispositivo para a execução do mesmo, faz-se referência às reivindicações 2 e seguintes.

Ensaios laboratoriais mostraram que, com este processo de emissão de ondas sonoras juntamente com uma pressão sonora suficientemente elevada, se obtém uma coagulação intensiva das partículas juntamente com um deslocamento rápido em direcção ao emissor sonoro das partículas alargadas. Adicionalmente, o espe£ ( tro das frequências exerce forças fortes nas partículas alargadas em direcção ao emissor sonoro. Por exemplo, cóm uma emissão de ondas sonoras em direcção a uma nuvem de fumo a uma distância até 1 m e com uma pressão sonora de 160 dB, realizo.u-se dentro de 5 segundos uma conglomeração das partículas de modo a formarem conjuntos de partículas cõm um volume 60 vezes maior. Com base em medições das forças de deriva exercidas em partículas com diâmetros de cerca de 100 pm que flutuam no campo sonoro, são de prever velocidades de deriva até 1 metro por segundo com < partículas alargadas.

f

Este deslocamento rápido e dirigido das partículas coaguladas pode ser utilizado muito vantajosamente para combater nuvens de aerossol perigosas e para a desintegração controlada das mesmas, quando o emissor sonoro e os meios para a recolha das partículas sào dirigidos para a nuvem a partir de um meio de transporte aéreo. Deste modo, evitam-se as desvantagens das técnicas conhecidas de irradiação sonora, efectuadas a partir do solo ou do mar. Estas desvantagens residem principalmente no facto de os aerossois combatidos serem sempre irradiados no mes.

-4mo sentido, ou seja a partir da superfície terrestre, em que se devem sempre alcançar, em princípio, grandes distâncias entre o emissor sonoro e a nuvem, o que causa grandes perdas energéticas no ar especialmente por motivos de saturação acústica, e em que, nos melhores casos, se pode atingir apenas uma chuva descontrolada dos aerossóis, o que, por sua vez, causa problemas no caso de aerossóis radioactivos e químicos.

Quando a densidade das partículas na nuvem é pequena, pode ser vantajoso introduzir-se, adicionalmente à radiação sonora, aerossóis de semente na nuvem a ser combatida, utilizand-O -se neste caso também convenientemente um meio de transporte aéreo.

Evidentemente, a nuvem de aerossol pode também ser combatida a partir de vários meios de transporte aéreo, se necessá rio de naturezas diferentes, e adicionalmente a partir de um pos. to emissor estacionário ou deslocável na superfície terrestre.

A seguir, a presente invenção será descrita mais em por menor com referência ao desenho anexo cujas figuras mostram:

- a fig. 1, uma nuvem de aerossol que se escapa de uma instalação nuclear avariada e, esquematicamente, a aplicação do processo da presente invenção a esta nuvem;

- a fig. 2, uma representação esquemática de um dispositivo para a execução deste processo, suportado por uma aeronave dirigível; e

- a fig. 5, uma fonte de ondas sonoras incluindo um dis positivo para a recolha das partículas, representada esquemati-5- camente em corte;

Uma nuvem de aerossol que pode formar-se no caso de um sinistro numa grantde instalação nuclear, tem por exemplo as pro priedades seguintes:

Diâmetro da nuvem:	100 metros
Volume da nuvem:	5	x 10⁵ m⁵
Concentração das partículas:	12 10 por m
Distância entre as partículas:	100 pm
Diâmetro médio das partículas:	1
Número de partículas:	5	x 10¹⁷
Densidade de uma partícula:	1	g/cm^
Carga de massa:	1	g/m^

Deve basear-se no princípio de uma grande variação entre os diâmetros das partículas. Quando o diâmetro de uma partícula for mais pequeno do que 0,1 pm, então o movimento de Braun já efectua rapidamente uma colisão das partículas entre si, e a coa gulação das mesmas. Quando, por outro lado, o diâmetro das parti cuias for muito grande, por exemplo maior do que 15 jrn, então a força gravitacional efectua uma sedimentação rápida destas partículas assim como o depósito das mesmas no solo, na proximidade imediata da instalação avariada. Daí resulta, que as partícu las mais perigosas, espalhadas pelos escoamentos atmosféricos em grandes distâncias, têm diâmetros compreendidas entre 0,1 e 15 jim θ devem ser apanhadas por meio do processo de acordo com a presente invenção.

A fim de compreender a acçáo mútua entre uma onda sonora

-67 e as partículas com esta gama de diâmetros, deve considerar-se a massa das partículas: as partículas pequenas tem um comporta, mento tal como as partículas gasosas numa onda sonora e são ar rastadas por esta onda. Com partículas maiores, os efeitos de lentidão atenuam o movimento das partículas. 0 movimento das partículas desta natureza', diminui, portanto, com um acréscimo da massa das mesmas, ou com um acréscimo da frequência da onda sonora. Com uma certa frequência da onda sonora, portanto, as partículas com massas diferentes movem-se com velocidades muito diferentes, de tal maneira que as partículas colidem e coagulam entre si; A acção de ondas sonoras com uma intensidade suficien te e uma frequência adequada é portanto, como já se sabe, alargar o tamanho das partículas contidas num aerossol, de modo que as partículas, pela acção da gravidade, saem da nuvem e caem co mo numa chuva, deixando de poder espalhar por arrastamento das correntes do ar atmosférico.

No entanto, a presente invenção tem mais efeito, eliminando grandemente a chuva das partículas de aerossol na superfície terrestre, graças à criação de um movimento de deriva das partículas indo em direcção à fonte sonora, e apanhando as partículas num dispositivo de recolha fixado no meio de transporte aéreo. As forças criadoras dos processos de coagulação e da deriva são a força média de Stokes e a força média de Oseen.

A força de Stokes baseia-se na dependência da viscosida.

de da temperatura num fluido. Numa compressão adiabática do fluido, causada por uma onda sonora, a temperatura do fluido co meça a elevar-se e a seguir desce na segunda metade da onda sonora. 0 produto da velocidade pela viscosidade do fluido apre

senta, durante um ciclo, um valor médio que causa uma deriva da partícula em direcção à fonte sonora. Pode verificar-se que, ao ar a 20°C e sob uma pressão atmosférica, uma onda sonora com uma pressão sonora de 151 dB produz uma deriva com uma velocidade de 0,66 cm/seg.

Além disso, a chamada força de Oseen actua adicionalmente. Esta força é descrita, por exemplo, na revista Journ. Acoustic. Soc. of América Vol. 22, 1950, pág. 319 e seguintes, e Vol. 23, 1951, págs. 312 a 315· Baseia-se na deformação da forma da onda com amplitudes mais elevadas, e é independente da variação da temperatura na onda sonora. No entanto, a grandeza e o sentido desta força dependem grandemente do grau de deforma ção, e em especial do desfasamento entre a frequência básica e o valor duplo da frequência básica, na medida em que a onda sonora contém especialmente estas componentes. Esta força tem o valor máximo actuando em direcção à fonte sonora para uma diferen ça de fases de-t-90⁰ entre estas componentes.

Com referência ao desenho anexo explicar-sefá a seguir a forma de execução prática do processo da presente invenção e dos dispositivos necessários para a mesma.

A fig. 1, mostra uma instalação de energia atómica 1 com um recipiente 2 do reactor, que está avariado por uma fenda 3 no telhado. Através desta fenda escapam-se substâncias radioactivas para fora e formam no ar ambiente uma nuvem de aerossol 4- com as características atrás indicadas. Por meio da presente invenção deve-se impedir 0 espalhamento das partículas do aerossol radioactivo por arrastamento pelos movimentos do ar atmosférico.

combate ou a desintegração da nuvem é, no nresente ca

-8so, efectuado por dois meios de transporte aéreo, a saber uma aeronave dirigível 8 e um helicóptero 10. Ambos estes dispositi vos são equipados com um emissor de ondas sonoras, por exemplo, uma sereia 7 respectivamente 9, para a emissão do sinal sonoro de acordo com a presente invenção, sendo a zona irradiada indi. cada pelas linhas tracejadas. Em vez de uma só sereia pode tam bém ser utilizado um quadro de suporte 11 equipado com altifalan tes 12 comandados por transdutores, como é mostrado esquemática, mente na fig. 2·

Um meio de transporte aéreo comandado à distância pode também ser dirigido imediatamente para dentro da nuvem, de modo que o efeito de coagulação e de deriva se torne ainda mais inten sivo do que no caso da irradiação a partir da periferia da nuvem.

O efeito sonoro torna-se especialmente muito intensivo quando as partículas dentro de nuvem de aerossol são expostas a um campo de ondas sonoras estacionárias. Isto pode realizar-se quando, de acordo com a fig. 2 para o caso de um dispositi^ vo de irradiação sonora compreendendo altifalantes 12 suportados num quadro de suporte 11, se coloca em frente da fonte sono ra e a uma certa distância desta última, uma parede reflectora 1J que, evidentemente tal como o quadro de suporte 11, é fixada na aeronave dirigível 8. 0 quadro de suporte 11, pode no caso de utilização juntamente com um meio de transporte aéreo',^: ser equi. pado com menos sereias do que com a sua colocação numa estação terrestre. A distância entre a parede reflectora 13 e 0 quadro de suporte 11 pode, por exemplo, ser igual a 10 m. Com uma velo, cidade de deriva de 20 cm por segundo, o intervalo entre o quadro de suporte 11 e a parede reflectora 13 seria limpo dentro

-9b .

de poucos segundos, de modo que a aeronave dirigível possa ser deslocada lenta e reciprocamente dentro da nuvem, a fim de influenciar as várias zonas da mesma. Além disso, é de salientar que uma aeronave dirigível também tem a vantagem de se deslocar dentro da nuvem sob a influência do vento, sem comandos de direcção.

A fig;.. 5, mostra um corte esquemático feito através de um único dispositivo funcionando ao mesmo tempo como altifalan te e dispositivo recolhedor, em que a energia sonora é produzi, da directamente por meio de energia eléctrica. Em frente da mem brana vibratória do altifalante 12 situa-se uma parede recolhe, dora 14 permeável para as ondas sonoras, na qual as partículas em movimento de deriva incidem e que forma, juntamente com uma alfeça ajustável 15, um dispositivo de recolha das partículas incidentes. A alfeça 15 é movida periodicamente pela parte frontal da parede receptora 14, e transporta as partículas para uma calha recolhedora 16 a partir da qual as mesmas podem ser removidas ou aspiradas.

Já foi mencionado atrás que a .força de Oseen média efectua velocidades de deriva extremamente elevadas, quando, de acordo com a presente invenção, as ondas sonoras contém uma fre quência básica (por exemplo de 20 kHz) e a primeira onda harmónica correspondente (40 kHz) com um desfasamento de 90° como componentes principais do espectro de emissão. Um espectro des. ta natureza pode ser produzido, por exemplo, por meio de transdutores piezo-eléctricos ou magneto-estritivos correspondentes, alimentados electricamente. Também foram entretanto desenvolvidos transdutores acústicos que transformam até 80 % da energia

-10eléctrica alimentada em energia sonora. Mas o processo de acor.

do com a presente invenção pode também ser realizado por meio de apitos ou sereias afinadas correspondentemente ou mediante produtores de som funcionando como motores de combustão interna, desde que o nível sonoro seja suficientemente elevado.

A invenção não é limitada ao tratamento de nuvens radio aetivas de aerossol, mâs pode ser aplicada em todos os casos on de nuvens indesejadas de aerossol devem ser removidas do ar ambiente. Estes casos compreendem,por exemplo, acidentes na indús tria química, acidentes de trânsito com camiões tanques, ou no combate de núvens de neblina com grande altura na proximidade de aeroportos.

Quando em especial uma nuvem de gás deve ser combatida e desintegrada, este tratamento pode ser precedido por um pré-tratamento que compreende a injecção na nuvem gasosa de parti, cuias de semente, tais como carvão ou zeolite actívados. A adsor ção dos gases nas partículas de carvão ou de zeolite é reforçada com uma elevada intensidade sonora, pela destruição da cama, da viscosa limitadora à volta das partículas. Seguidamente, as partículas de semente, juntamente com as moléculas gasosas adsor, vidas, são removidas e aspiradas da fonte sonora da maneira atrás descrita.

Também quando a carga de massa de uma nuvem de partículas a ser combatida cai ou se situa abaixo de 1 g/m^, recomenda, -se a pulverização para dentro da nuvem de ura aerossol de parti, cuias de semente, a fim de que o efeito da coagulação seja acti. vado ou iniciado. Os meios de transporte aéreo devem, portanto, compreender, convenientemente, uma carga de aerossol de semente

assim como dispositivos pulverizadores para a introdução destes aerossóis na nuvem, bem como eventualmente sondas para a verificação da densidade das partículas.

Um aerossol de semente pode consistir convenièntemente no fumo produzido pela combustão de _pneus de automóveis. A borracha dos ..pneus queimados forma um fumo negro e denso, que não somente eleva consideravelmente a carga de massa total da nuvem, mas torna também possível uma observação visual do movimento da nuvem combatida e da eficácia da emissão sonora. Ao mesmo tempo, produz-se, na combustão de muitos tipos de borracha, muito vapor de água, pelo que a eficiência do processo acústico le coagulação ainda é mais elevada. Se for possível, por exem pio, transformar uma massa de borracha, consistindo em cerca de 5 % eni densidade e diâmetro das partículas de fumo, em par, ZL ticulas de aerossol, uma quantidade de 10 kg de borracha, colocada na proximidade da instalação nuclear ou química avariada, poderia produzir uma carga de massa de 1 g/cm^ tendo um volume de 5 x 10^ m\

Outros aerossóis de semente adequados ~são nevoeiros ou nuvens de vapor de água finamente distribuída. Os meios pulveri zadores não,são representados no desenho, visto que se trata de elementos construtivos conhecidos.

Para o processo de acordo com a presente invenção consi. deram-se fundamentalmente frequências compreendidas entre 100 Hz e 50 Hz. Quanto mais baixas estejam as frequências, tanto mais pequena é a atenuação de energia sonora pela massa do ar. 0 com bate de nuvens de aerossol, efectuado por meios de transporte

aéreo na proximidade das mesmas, torna mais fácil o uso de fre quências superiores a 20 kHz.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a desintegração controlada de uma nu vem de aerossol por meio de ondas sonoras dirigidas com grande intensidade na gama de frequências audio, caracterizado por as ondas sonoras serem emitidas a partir de um meio de transporte aéreo (8, 10) que se encontra na maior proximidade da nuvem (4), consistindo o espectro de frequências da onda sonora numa frequência básica e numa frequência de sobreposição tendo o va lor duplo da frequência básica e estando desfasada de 90° em re lação a esta última, de modo que as partículas da nuvem coagulem e se desloquem em direcção à fonte sonora e sejam então recolhi, das no meio de transporte aéreo (8, 10).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterí zado por se introduzirem adicionalmente partículas de sementeira na nuvem de aerossol, de tal modo que a coagulação seja facilitada.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracter/ zado pelo facto de, para a desintegração de uma nuvem de gás se introduzirem ao mesmo tempo partículas de sementeira e por as ondas sonoras actuarem na nuvem, pelo que a adsorção das moléculas do gás nestas partículas é reforçada.
4. Dispositivo para a execução do processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o meio de transporte aéreo (8, 10) que funciona na maior proximidade da nuvem ser equipado com, pelo menos um emissor de ondas sonoras (7, 9, 12) e com elementos (14,15,16) servindo para a recolha das partículas coaguladas.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o meio de transporte aéreo, funcionando dentro ou próximo da nuvem, ser equipado com elementos que servem para a introdução na nuvem de partículas de sementeira, compreendendo estes elementos por exemplo um dispositivo pulverizador.
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado por o meio de transporte aéreo (8, 10) ter nele fixada uma estrutura em forma de matriz (11) a qual -é equipa da com uma pluralidade de emissores de ondas sonoras (12) uns ao lado dos outros, que são associados em sincronismo.
7. Dispositivo de acordo com uma qualquer das reivind^L ( cações 4 a 6, caracterizado por cada emissor de ondas sonoras ((12) co'operar com um neflector (15) para estabelecer uma onda so nora estacionária, sendo este reflector montado de maneira ajustável em relação ao emissor.