Piezoelétricos para limpeza de sistemas de tratamento de água

Abstract

Este trabalho realizado vai de encontro a uma necessidade de implementação de novas soluções por parte da empresa Bosch Termotecnologia, que procura novas formas de proceder à limpeza de sistemas de tratamento de água, recorrendo a materiais piezoelétricos. Estes, apresentam uma grande reciprocidade entre a energia mecânica e elétrica, o que lhes permite ter várias áreas de aplicação. A sua sensibilidade e eficiência faz deste um material importante como opção para o seu uso em atuadores, sensores e transdutores nos aparelhos de ultrassom. Nesse sentido, foram entregues dois casos de estudos para avaliar possíveis soluções de forma a serem inseridas no sistema pretendido. O primeiro caso de estudo é um casing de um sensor ótico e o segundo é uma membrana de ultrafiltração. Ambos irão ser utilizados num sistema que tem como propósito a purificação de água e como tal, é necessária uma limpeza regular devido ao aparecimento de biofilme nas suas superfícies. Começou por ser feito um estudo de soluções existentes para a limpeza de superfícies e em simultâneo, foi-se avaliando uma possível incorporação dessas mesmas medidas no atual sistema. É sabido que os equipamentos ultrassónicos têm na sua constituição materiais piezoelétricos e como tal, foram feitos ensaios experimentais em amostras com biofilme de modo a perceber a facilidade com que estes organismos aderem a superfícies e que condições é que têm de ser impostas de modo a conseguir removê-las. De seguida, foram criadas as condições propícias ao desenvolvimento destas bactérias nos dois casos de estudo de modo a se conseguir testar diretamente o efeito ultrassónico na superfície real. Após validado o conceito e por recurso a um sistema CAD, começou por se fazer ajustes nas atuais peças envolventes do projeto de modo a conseguir incorporar um sistema capaz de fazer a limpeza ultrassónica sempre que solicitado, finalizando assim o presente trabalho com uma proposta de implementação de algumas medidas contra o aparecimento do biofilme nas superfícies dos casos de estudo. Em jeito de conclusão, foi demonstrada a viabilidade de incorporação de dois equipamentos ultrassónicos em ambos os casos de estudo. sendo que um deles se encontra posicionado em frente ao casing do sensor ótico, enquanto que o outro se encontra preso a uma haste que se move verticalmente, sob ordens de um controlador, de modo a que a limpeza seja feita no interior da membrana em toda a sua profundidade.

This dissertation develops new approaches to water treatment cleansing systems using piezoelectric materials to be implemented by Bosch Termotecnologia. Piezoelectric materials function efficiently with mechanical and electrical energies, so they are implied in several areas. Their sensitivity and efficiency make them an excellent option to be used in actuators, sensors, transducers and ultrasound devices. To find solutions to be applied in water treatment systems two case studies were carried out. The first case study is an optical sensor casing and the second one is an ultrafiltration membrane. Both are to be used to purify water in the system, as such regular cleaning is required due to the appearance of biofilm on their surfaces. Initially, a study of current surface cleaning approaches was made to evaluate the possible incorporation of these into Bosch’s system. Experimental tests using ultrasonic equipment were conducted to understand how biofilm behaved and what conditions must be imposed in order to remove them after testing the ultrasonic effect on biofilm surface. After validating this idea, a CAD system was used, adjustments were made to this dissertation in order to incorporate a system capable of ultrasonic cleaning whenever requested. Therefore, this works proposes the implementation of some measures against the appearance of biofilm on the surfaces of the case studies. In conclusion, it was demonstrated the feasibility of incorporating two ultrasonic equipment in both case studies. One of which is positioned in front of the optical sensor casing, while the other is attached to a vertically moving rod, under the orders of a controller, so that cleaning can be done inside the membrane throughout.