Desenvolvimento da geometria do reator – versão final

Ao se realizar o redimensionamento das peças, as características inicialmente propostas (item 4.1) para o sistema foram mantidas, mas houve uma redução no comprimento total do reator. Entretanto ocorreram modificações que resultaram em

melhoria do sistema de isolamento, do sistema de distribuição na entrada e na saída e dos conectores elétricos. Também houveram modificações que resultaram em maior resistência mecânica nas peças, de acordo com a solicitação do fabricante. Houve melhor aproveitamento de área, a partir do acréscimo de câmaras de reação nas bordas do reator (foram projetadas câmaras em formato de trapézio para preencher os espacos vazios nas bordas).

Fazendo-se os cálculos para verificação da área anódica do novo reator proposto (que possui 132 câmaras de reação) resulta em área anódica total de 0,182 m2; quando comparados os ganhos de área (em relação ao reator tubular, Figura 39, área de 0,086 m2) constata-se que mantiveram-se superiores ao reator tubular (2,12 vezes maior), mesmo com as dimensões lineares inferiores. Ressalta-se que a redução nas dimensões lineares foram necessárias para adequação as câmaras de impressão disponíveis no momento.

De modo similar ao desenvolvimento inicial, nesta fase, o processo foi iniciado pelo desenvolvimento do anodo (Figura 58b) e, a partir de então as outras peças foram desenvolvidas.

Figura 58. Representação esquemática dos anodos (a) versão inicial (b) versão final

No eletrodo de titânio (anodo), será feito o recobrimento com filme de nanotubos de TiO2, via anodização eletroquímica, em condições previamente

estabelecidas por Souza (2015). O autor trabalhou com a preparação dos anodos submergindo o anodo e contra-eletrodo em solução de ácido fluorídrico 0,3% V/V, e através da aplicação de um potencial externo de energia obteve o crescimento dos

nanotubos de TiO2 na superfície do eletrodo de Ti. No presente trabalho, foi previsto o

uso de contra-eletrodos (Figura 59) de níquel para a anodização. Figura 59. Representação esquemática do contra-eletrodo

O material previsto para o anodo (Ti/TiO2) foi escolhido porque possui alto

sobrepotencial para evolução de oxigênio, tornando ainda maior a faixa do potencial de oxidação de espécies orgânicas antes da evolução do O2 (SÄRKKÄ et al. 2015).

O catodo sofreu alterações significativas com relação ao catodo projetado inicialmente (Figura 60), tais como o formato e posição dos contatos elétricos, espessura do material e abertura para passagem de luz.

Figura 60. Representação esquemática dos catodos (a) versão inicial (b) versão final

O primeiro componente do reator submetido à impressão foi o catodo, devido ao nível de detalhamento requerido para a estrutura interna. Na Figura 61 o resultado da primeira versão do catodo sinterizado a laser em poliamida. A estrutura interna do catodo não foi mecanicamente resistente, e com um mínimo esforço mecânico aplicado no material as estuturas fraturaram (Figura 61).

Figura 61. À esquerda foto do catodo e à direita detalhe da estrutura danificada

Devido a isto, a estrutura do catodo foi reprojetada de modo que as espessuras das paredes foram aumentadas de 0,5 mm para 0,75 mm e foi colocado um reforço interno em formato de “V” para auxiliar na sustentação das paredes.

A Figura 62 ilustra a comparação entre as versões iniciais e finais do catodo. É possível observar que a versão final além de ser mais espessa, também foi construída sem emendas.

Figura 62. Comparação entre a versão inicial e a versão reprojetada do catodo

Para isolar os eletrodos entre si, foi projetada uma nova placa isolante Figura 63, localizada simetricamente entre os eletrodos, mantendo o alinhamento entre os mesmos e respeitando a distância anodo-catodo de 5 mm previamente determinada.

Figura 63. Representação esquemática da placa isolante (a) versão inicial (b) versão final

A nova placa isolante projetada possui 3 mm de espessura e contém as canaletas para encaixe do catodo, evitando desalinhamento dos eletrodos.

Após a placa isolante foi projetada uma placa de quartzo de 217 mm de comprimento, 185 mm de largura e 3 mm de espessura. O uso do quartzo é necessário, porque possibilita que a irradiação da luz UV proveniente das lâmpadas de vapor de mercúrio ou de LED penetrem no reator através do catodo e atinjam as paredes do anodo sem que o líquido sob tratamento molhe as lâmpadas. O sistema permite o uso de

lâmpadas ou LED germicidas ou média ou alta pressão alocada na parte interna da tampa representada na Figura 64.

Figura 64. Representação esquemática da tampa

A polarização necessária para o funcionamento dos eletrodos deve ser feita ligando-se cabos de energia aos contatos elétricos de uma fonte de corrente contínua. A estrutura do reator é fechada em suas extremidades por meio de parafusos que auxiliam na vedação na vedação do reator.

A injeção de água no reator deve ser feita por meio da utilização de um sistema de alimentação, por exemplo, um sistema de bombas, a serem instalados sob as condições adequadas de funcionamento.

As fontes de energia elétrica previstas para alimentação do reator devem fornecer o potencial elétrico adequado para a eletrólise, e para alimentação da fonte de UV escolhida.

A Figura 65 mostra vista explodida da versão final do reator, detalhando a disposição, alinhamento e ordem das peças para a montagem do sistema.

Figura 65. Vista explodida da versão final do reator

Na Figura 65, pode-se observar que o sistema de entrada e saída também foi reprojetado de modo a melhorar a distribuição do fluxo, em comparação a primeira versão apresentada (Figura 54), pois foram criadas câmaras de distribuição acopladas ao reator. Este tipo de sistema de distribuição do fluido reduz a possibilidade de vazamamentos e simplifica a montagem e vedação do reator.

Na versão final também foram acrescentados os canais de vedação entre os componentes (anodo, isolante, catodo, quartzo e tampa). Nos canais projetados utilizam-se anéis de vedação de borracha do tipo o-ring.