Columna termogravitacional para medir las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas.

Columna termogravitacional para preparar una medición de las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas, que comprende un bloque de extracción

(1), un bloque de inclusión (2) enfrentado y unido al bloque de extracción (1), una cámara principal (3) definida entre dichos bloques (1, 2), donde se dispone un fluido gaseoso, caracterizada porque la columna termogravitacional comprende además al menos un sistema de apertura y cierre (4) adaptado para dividir la cámara principal (3) en una pluralidad de cámaras auxiliares estancas una vez el fluido gaseoso está dispuesto, y en equilibrio, en dicha cámara principal (3), y un orificio de salida (19) asociado a cada cámara auxiliar para extraer el fluido gaseoso de su interior para su medición.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11382024.

Solicitante: MONDRAGON GOI ESKOLA POLITEKNIKOA JOSE MARIA ARIZMENDIARRIETA, S.COOP.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: Santamaría Viniegra,Jon, Bou-Ali Saidi,Mohammed Mounir, del Teso Sánchez,Karmele.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > G01N25/00 (Investigación o análisis de materiales mediante la utilización de medios térmicos (G01N 3/00 - G01N 23/00 tienen prioridad))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > Investigación de características de partículas;... > G01N15/06 (Investigación de la concentración de suspensiones de partículas (G01N 15/04, G01N 15/10 tienen prioridad; por pesada G01N 5/00))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > G01N30/00 (Investigación o análisis de materiales por separación en constituyentes utilizando la adsorción, la absorción o fenómenos similares o utilizando el intercambio iónico, p. ej. la cromatografía (G01N 3/00 - G01N 29/00 tienen prioridad))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION... > G01N15/00 (Investigación de características de partículas; Investigación de la permeabilidad, del volumen de los poros o del área superficial efectiva de los materiales porosos (identificación de microorganismos C12Q))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > NANOTECNOLOGIA > USOS O APLICACIONES ESPECIFICOS DE NANOESTRUCTURAS;... > B82Y35/00 (Métodos o aparatos para medida o análisis de nanoestructuras)

PDF original: ES-2550556_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Columna termogravitacional para medir las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas.
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Columna termogravitacional para medir las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas.

Fragmento de la descripción:

DESCRIPCION

Columna termogravitacional para medir las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas.

SECTOR DE LA TÉCNICA 5

La presente invención se relaciona con columnas termogravitacionales para medir las propiedades de fluidos, y más concretamente con columnas termogravitacionales para medir las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Las propiedades de transporte de fluidos que se determinan mediante la aplicación de la técnica termogravitacional son el resultado de la combinación del efecto del gradiente térmico (difusión térmica) , diferencia de concentración (difusión molecular) y de la convección (campo gravitatorio) . Los procesos de transporte debidos al fenómeno de la 15 termodifusión, han adquirido un considerable interés en problemas tan diversos como: el análisis de inestabilidad hidrodinámica, el transporte de materia en seres, o en algunos problemas prácticos, como el fraccionamiento de polímeros y la modelización para la explotación óptima de yacimientos petrolíferos. Hoy en día, el uso de la difusión térmica también despierta gran interés en problemas medio ambientales, como por ejemplo la deposición de aerosoles o la termoforesis. 20

Desde el punto de vista industrial, la importancia de la termodifusión en un fluido gaseoso o aerosol de nanopartículas dentro de un ambiente controlado radica en la necesidad de la determinación de la distribución de las nanopartículas que contiene ese aerosol.

El fenómeno de la termodifusión fue observado por primera vez por Ludwig, quien descubrió que un gradiente de temperatura ocasionaba una redistribución de concentración, siendo posteriormente analizado por Soret. La magnitud relevante en la descripción del fenómeno es el coeficiente Soret, dado por: ST=DT/D, donde DT es el coeficiente de difusión térmica y D el coeficiente de difusión ordinaria o molecular. Para la determinación del coeficiente Soret figuran en la literatura dos procedimientos experimentales basados en régimen puramente no 30 convectivo y convectivo. El primer caso, corresponde a la célula de difusión térmica y el segundo a la célula de flujo continuo. Las medidas efectuadas en estas células de separación pueden venir seriamente afectadas por la presencia de perturbaciones convectivas originadas por la inestabilidad hidrodinámica o por la existencia de gradientes laterales de temperatura. Con objeto de evitar estas perturbaciones, recientemente se han realizado medidas de separación en microgravedad y se han determinado los coeficientes de transporte de las mezclas en 35 estas condiciones. Aunque los resultados no son concluyentes, parecen señalar diferencias importantes con los valores obtenidos en la superficie de la Tierra.

Paralelamente, se han mejorado las columnas experimentales no convectivos y se han refinado los métodos ópticos de análisis. Pero en cualquier caso, la pequeñez del efecto, sobre todo en la separación, hace que la mayoría de las 40 medidas experimentales obtenidas con estas técnicas tengan una gran imprecisión.

Por el contrario, en la columna termogravitacional, el efecto elemental de separación por difusión térmica se combina con las corrientes convectivas verticales, dando lugar a una separación amplificada entre los extremos de la columna, que puede ser tanto positiva como negativa. En el caso de la separación positiva, es el componente 45 menos denso de una mezcla binaria el que se dirige hacia la pared caliente dando lugar a unos enriquecimientos en la parte superior de la célula, mientras el componente más denso se enriquece en la parte inferior, y por lo tanto, el coeficiente Soret y el coeficiente de difusión térmica son positivos. Ahora bien, en el caso de una separación negativa, es el componente más denso el que se encuentra en la parte superior de la columna dando lugar a una separación potencialmente inestable y por lo tanto ST y DT son negativos. 50

Los resultados obtenidos muestran varias ventajas de este método, por ejemplo, la separación estacionaria es independiente del gradiente térmico y por lo tanto no es necesario un control preciso de las temperaturas. Además, la sensibilidad del método puede incrementarse disminuyendo la anchura del espacio de trabajo para el caso de columnas cilíndricas y multiplicarse hasta lograr separaciones absolutas para el caso de columnas planas inclinadas 55 También para el caso de separaciones negativas, se ha podido establecer un gradiente adverso de densidad, trabajando siempre con varios órdenes de magnitud por encima del valor crítico de Grashof. Además, la reproducibilidad de las medidas experimentales obtenidas mediante este método, muestra la posibilidad del método termogravitacional en la determinación de las propiedades de transporte para mezclas líquidas, trabajando tanto en configuraciones planas como cilíndricas a diferentes relaciones de aspecto, e incluso con nuevos procedimientos 60 experimentales, tales como, la velocimetría láser.

Desde sus primeras aplicaciones en las que el objetivo era conseguir la separación de isótopos, hasta el abanico de posibilidades de las aplicaciones realizadas hoy en día (desde el campo de la geofísica hasta el de la metalurgia) , muestran la aptitud y la diversidad de posibilidades de la aplicación de la técnica termogravitacional. 65

Además, entre las técnicas existentes para la determinación de propiedades de transporte en fluido, cabe destacar la técnica termogravitacional como la más idónea para la realización de los ensayos.

En el documento ES 2330905 B1 se divulga una instalación adaptada para soportar ensayos a altas y bajas presiones, que permite ser utilizada con todo tipo de fluidos tanto en estado líquido como gases licuados. 5

El documento "On the Measurement of Positive Soret Coefficients", J. F. Dutrieux et al., The Journal of Physical Chemistr y B, vol. 106, no. 23, 1 June 2002 (2002-06-01) , páginas 6104-6114, XP055114478, divulga una columna termogravitacional para preparar la medida de las propiedades de líquidos que comprenden nanopartículas, expuestos a un gradiente de temperatura. 10

El documento "Accurate measurement of thermophoretic effect in microgravity", Akira Toda et al., The Journal of Chemical Physics, 22 October 1996 (1996-10-22) , páginas 7083-7087, XP055114775, divulga una célula para preparar la medida de las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas, en donde se establecen los campos de medida con gradientes de temperatura entre dos placas metálicas. 15

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la invención es el de proporcionar una columna termogravitacional para medir las propiedades de fluidos, tal y como se describe en las reivindicaciones. 20

La columna de la invención comprende un bloque de inclusión y un bloque de extracción enfrentados y unidos entre sí, una cámara principal definida entre dichos bloques, donde se dispone el fluido gaseoso a analizar, y al menos un sistema de apertura y cierre adaptado para dividir la cámara principal en una pluralidad de cámaras auxiliares estancas una vez el fluido gaseoso está dispuesto, y en equilibrio, en dicha cámara principal. 25

Así, con el fluido gaseoso en equilibrio, si se actúa sobre el sistema de apertura y cierre se provoca la división de la cámara principal en una pluralidad de cámaras auxiliares, aisladas de manera estanca unas de otras, y si se extrae fluido gaseoso de una de las cámaras auxiliares, la concentración de nanopartículas del resto de cámaras auxiliares no se ve afectada y puede ser medida posteriormente, posibilitándose que se puedan medir las propiedades del 30 fluido gaseoso en diferentes zonas de la cámara... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Columna termogravitacional para preparar una medición de las propiedades de fluidos gaseosos que comprenden nanopartículas, que comprende un bloque de extracción (1) , un bloque de inclusión (2) enfrentado y unido al bloque de extracción (1) , una cámara principal (3) definida entre dichos bloques (1, 2) , donde se dispone un fluido gaseoso, caracterizada porque la columna termogravitacional comprende además al menos 5 un sistema de apertura y cierre (4) adaptado para dividir la cámara principal (3) en una pluralidad de cámaras auxiliares estancas una vez el fluido gaseoso está dispuesto, y en equilibrio, en dicha cámara principal (3) , y un orificio de salida (19) asociado a cada cámara auxiliar para extraer el fluido gaseoso de su interior para su medición.

2. Columna según la reivindicación 1, en donde el sistema de apertura y cierre (4) comprende una compuerta (40) para aislar de manera estanca una cámara auxiliar de las cámaras auxiliares adyacentes cuando se divide la cámara principal (3) en una pluralidad de cámaras auxiliares, y unos medios actuadores (41) que provocan el desplazamiento de dicha compuerta (40) para que genere dicha división de dicha cámara principal (3) .

3. Columna según la reivindicación 2, en donde al menos uno de los bloques (1, 2) de la columna (100) comprende una ventana de apertura (7) para cada sistema de apertura y cierre (4) , sobre la que se dispone el sistema de cierre y apertura (4) .

4. Columna según la reivindicación 3, en donde en donde el sistema de cierre y apertura (4) se fija al bloque (1, 2) , 20 comprendiendo el bloque (1, 2) una ventana de apertura (7) , atravesando la compuerta (40) y los medios actuadores (41) del sistema de apertura y cierre (4) dicha ventana de apertura (7) .

5. Columna según cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, que comprende una pluralidad de sistemas de cierre y apertura (4) , comprendiendo el bloque (1, 2) correspondiente una ventana de apertura (7) para cada sistema de 25 cierre y apertura (4) .

6. Columna según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en donde la compuerta (40) es de un material no poroso.

7. Columna según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en donde la compuerta (40) es de caucho.

8. Columna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada bloque (1, 2) de la columna (100) comprende una pieza exterior (11; 21) y una pieza interior (12; 22) , definiéndose entre ambas piezas (11, 12; 21, 22) un cámara (13; 23) para albergar un fluido auxiliar para calentar o enfriar el bloque (1, 2) 35 correspondiente, estando la cámara principal (3) definida entre las piezas interiores (11; 21) de dichos bloques (1, 2) .

9. Columna según la reivindicación 8, que comprende una placa intermedia (6) dispuesta entre las piezas interiores (12, 22) de los bloques (1, 2) de la columna (100) , comprendiendo dicha placa intermedia (6) una 40 ventana (60) que se corresponde con la cámara principal (3) , estando dicha cámara principal (3) delimitada por dicha placa intermedia (6) y por las piezas interiores (12, 22) de los bloques (1, 2) de la columna (100) .

10. Columna según cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en donde las piezas (11, 12; 21, 22) de los bloques (1, 2) de la columna (100) son de aluminio anodizado. 45

11. Columna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los bloques (1, 2) de la columna (100) son sustancialmente rectangulares.

12. Columna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el bloque de inclusión (2) de la columna 50 (100) comprende al menos un orificio de llenado, a través del cual se introduce el fluido gaseoso en la cámara principal (3) .

13. Columna según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos un elemento de aislamiento dispuesto entre los dos bloques (1, 2) de la columna (100) , que se prolonga a lo largo de todo el 55 perímetro de la cámara principal (3) , para cerrar de manera estanca dicha cámara principal (3) .

14. Método para preparar una medición de las propiedades de fluidos gaseosos en forma de nanopartículas en una columna termogravitacional, que comprende las etapas de exponer unos bloques (1, 2) de la columna (100) que están unidos entre sí a diferentes temperaturas, obteniéndose un gradiente de temperatura a ambos lados de 60 una cámara principal (3) comprendida entre los dos bloques (1, 2) , e introducir un fluido gaseoso en la cámara principal (3) , caracterizado porque dicho método comprende además una etapa donde se divide la cámara principal (3) en una pluralidad de cámaras auxiliares cuando el fluido gaseoso ha alcanzado un estado de equilibrio en el interior de dicha cámara principal (3) , extrayéndose el fluido gaseoso de una de las cámaras

auxiliares a través de unos racores de extracción (19) correspondientes dispuestos en unos orificios de salida (19) realizados en el bloque de extracción (1) .

15. Método según la reivindicación 14, en donde para exponer los bloques (1, 2) a diferentes temperaturas obteniéndose un gradiente de temperatura a ambos lados de la cámara principal (3) , se introduce un fluido 5 auxiliar caliente en uno de los bloques (1, 2) y un fluido auxiliar frío en el otro bloque (1, 2) .