Control de una instalación con cavitador.

Procedimiento para la adecuación del flujo de una instalación con cavitador que comprende un tramo cavitador(1),

que presenta un cavitador (1a) o varios cavitadores conectados en paralelo (1a, b...),

caracterizado porque

- se determina una caída mínima de presión a lo largo del tramo (1) del cavitador, tomando en cuenta lascaracterísticas del fluido a manipular,

- cuando la caída de presión se encuentra por debajo de la caída de presión mínima, se retorna unacorriente parcial (2a) desde el extremo del tramo cavitador (1) en el ciclo mediante un tramo derealimentación (3) más arriba en el sentido de la corriente del inicio del tramo cavitador (1), de manera queel volumen alimentado al tramo cavitador (1) por unidad de tiempo es incrementado para conseguircavitación.

Control de una instalación con cavitador

I. Campo de aplicación

La invención se refiere a un mezclador hidrodinámico por cavitación.

II. Antecedentes técnicos

De manera conocida, con un mezclador de este tipo se prepara una suspensión o emulsión con poca complicación técnica y sin piezas mecánicamente accionadas, puesto que en el fluido que circula se generan, en primer lugar, burbujas de gas llenas de vapor que finalmente se rompen en forma de implosión.

Cuando esta rotura tiene lugar se genera un elevado número de burbujas, las llamadas burbujas de cavitación en las proximidades de la superficie límite entre dos zonas de fases, es decir, burbujas bastante grandes de gas en el agua, de manera que el segundo componente, en este caso las burbujas de gas, en unidades más pequeñas se rompen y, de esta forma se consigue una mezcla muy fina de ambos componentes y, por lo tanto, una mezcla muy estable gas-agua.

La generación de las burbujas por cavitación tiene lugar en un líquido en circulación mediante la caída de la de presión estática por debajo de la presión de vapor del líquido, por lo que se producen burbujas de gas llenas de vapor, por ejemplo, a causa de un estrechamiento de la corriente.

Cuando finalmente la presión estática aumenta nuevamente por un ensanchamiento de la sección transversal de la corriente y nuevamente la presión estática supera la presión de vapor, se rompen las burbujas de gas.

El estrechamiento y el posterior ensanchamiento de la sección transversal de la corriente se puede conseguir por el hecho de que se dispone, en una cámara de paso de líquido, un cuerpo obstáculo, de manera que el intersticio residual, por ejemplo, entre los cuerpos obstáculo y el cuerpo envolvente de la cámara de paso de líquido, constituye la zona estrecha.

Mediante múltiples disposiciones de estos cuerpos obstáculo, uno detrás de otro, teniendo en cuenta cuestiones de espacio, preferentemente en forma de discos que se encuentran en disposición perpendicular a la dirección de la corriente, se multiplica el efecto de la cavitación, especialmente por el hecho de que, en la dirección de la corriente, las superficies anulares del intersticio disminuyen de una arandela a la siguiente.

Además, se producen en este caso, por una parte, campos de cavitación en la zona de la arandela que amplían el campo de cavitación en los espacios huecos por los que puede pasar la corriente entre los cuerpos obstáculo y, mediante el desplazamiento espacial de los campos de cavitación individuales, se genera un llamado un supercampo de cavitación que produce una multiplicación del efecto de cavitación de cada uno de los campos de cavitación individuales.

La presión estática, es decir, su reducción para el efecto de cavitación, será nula o negativa en el agua, cuando las velocidades del flujo de la corriente desciendan por debajo de un valor determinado que depende de las condiciones del entorno, por ejemplo, de unos 14 m/s en el borde del cuerpo obstáculo.

Este tipo de cavitadores se utilizan, por ejemplo, en dispositivos para el llenado de aguas minerales o en la fabricación de limonada para retener, o bien el CO2 añadido de manera sustancialmente completa en el agua, y/o también el material base añadido para la limonada (jarabe) .

En la práctica, se presentan dos problemas:

Por una parte, la cantidad del producto suministrada y a manipular por una unidad de tiempo, es decir, ante todo los componentes principales de la bebida, varían fuertemente dependiendo de las condiciones de trabajo de la parte de la instalación previamente dispuesta, o también de la disponibilidad.

Por otra parte, se pueden variar por el cambio del producto, sus propiedades, por ejemplo, su temperatura, viscosidad, presión de suministro y otros.

Para poder conseguir en dichas condiciones variables el efecto fiable de cavitación en el cavitador, se debe alcanzar

o superar una determinada velocidad de flujo mínima, en especial en los intersticios de flujo en los cuerpos obstáculo, que depende, no obstante, de las condiciones de entorno antes mencionadas.

Por el documento WO02/38512 A1 se conoce un procedimiento para la manipulación de desagües mediante utilización de cavitación. En un tramo principal del cavitador, se disponen varias válvulas de sobrepresión, que están unidas a derivaciones y, de este modo, evitan que se forme una sobrepresión en la conducción. Si se genera una presión más elevada en la parte de arriba o en la parte de abajo, según el flujo del cavitador, se abre una de las válvulas de sobrepresión y conduce una parte del fluido que se encuentre en el tramo principal hacia un recipiente de agua.

III. Descripción de la invención

a) Objetivos Técnicos

Es, por lo tanto, el objetivo de acuerdo con la invención, dar a conocer un procedimiento, así como un dispositivo, con cuya ayuda un cavitador o bien una instalación con cavitador que puede comprender varios cavitadores se pueda adecuar de manera automática a un cambio de las condiciones de trabajo, en especial, a cantidades variables de flujo y diferentes parámetros de producto.

b) Forma de conseguir el objetivo

El objetivo mencionado se consigue mediante las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes se refieren a formas de realización ventajosas.

Puesto que la pérdida de presión comprobable entre la entrada y la salida del cavitador está correlacionada con la velocidad del flujo en el cavitador y, en especial, con la velocidad de flujo en los cuerpos obstáculo, es decir, en los pasos estrechos del cavitador, el cavitador puede ser controlado en base a la caída de presión medida en el tramo del cavitador. El tramo cavitador puede comprender uno o varios cavitadores, en este caso, conectados habitualmente en paralelo.

En primer lugar, se debe comprobar una pérdida de presión mínima que debe producirse en el tramo del cavitador, de manera que dentro del cavitador se presenta realmente cavitación y, por lo tanto, el efecto deseado de mezcla.

La cuantía de esta caída de presión mínima depende de múltiples condiciones de entorno, por una parte, de la forma constructiva y dimensiones del cavitador, también por otra parte, por las condiciones de entorno, tales como las propiedades físicas del fluido a manipular con el cavitador o, como mínimo, su componente principal en caso de mezclas, por ejemplo, la temperatura, viscosidad y presión con los que se suministrará el fluido que se debe manipular.

Cuando, en este caso, disminuye la pérdida de presión durante el funcionamiento, por debajo de la caída de presión mínima antes indicada, se derivará a la salida del tramo cavitador una parte de corriente con respecto a la corriente principal y se realimentará al tramo principal antes del inicio del tramo del cavitador, de manera que la cantidad alimentada al tramo del cavitador, por unidad de tiempo, se puede aumentar de manera artificial, asegurando la generación de cavitación.

En detalle, se puede llevar a cabo el control necesario para ello de forma distinta:

Así, por ejemplo, en el caso de no caída de presión por debajo de la caída de presión mínima, se puede realimentar siempre una cantidad fija determinada de la corriente principal en círculo, por ejemplo, siempre el 50% de la corriente principal.

Sin embargo, es mejor el variar la cantidad de corriente realimentada con respecto a su dimensión, por ejemplo, por etapas, o también de manera continua, lo que se puede conseguir mediante una válvula de regulación incorporada en la conducción de realimentación. De esta manera se puede conseguir que la caída de presión que se produce se encuentre siempre justo por encima de la caída de presión mínima predeterminada y, por lo tanto, se produzca cavitación.

Un aumento sustancial de la caída de presión por encima de dicho valor mínimo, puede comportar difícilmente una acción efectiva, puesto que la cavitación que se produce no será sustancialmente más grande, es decir, la mezcla difícilmente se puede mejorar. Por el contrario, con la realimentación de una parte sustancial o una parte grande de la corriente principal, aparecen otros problemas:

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1. Procedimiento para la adecuación del flujo de una instalación con cavitador que comprende un tramo cavitador (1) , que presenta un cavitador (1a) o varios cavitadores conectados en paralelo (1a, b…) , caracterizado porque

- se determina una caída mínima de presión a lo largo del tramo (1) del cavitador, tomando en cuenta las características del fluido a manipular,

- cuando la caída de presión se encuentra por debajo de la caída de presión mínima, se retorna una corriente parcial (2a) desde el extremo del tramo cavitador (1) en el ciclo mediante un tramo de realimentación (3) más arriba en el sentido de la corriente del inicio del tramo cavitador (1) , de manera que el volumen alimentado al tramo cavitador (1) por unidad de tiempo es incrementado para conseguir cavitación.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque,

- la parte de la corriente parcial (2a) realimentada es una parte fijada, en especial 50%, de una corriente principal (2) .

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque

- la parte de la corriente parcial (2a) realimentada es variada de manera continua, de manera que se consigue de manera directa la caída de presión mínima.

4. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- la realimentación tiene lugar en un punto antes de la bomba (4) , que facilita la presión de trabajo para el tramo cavitador (1) .

5. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque la realimentación es facilitada en un punto situado más arriba en el sentido de la corriente, de un punto de mezcla (5) de dos componentes en una instalación con cavitador, utilizada como mezclador.

6. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- la caída mínima de presión es determinada teniendo en cuenta las características del producto a procesar, en particular, como mínimo, teniendo en cuenta las características del componente principal del producto.

7. Procedimiento, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- se predetermina una caída mínima de presión a lo largo del tramo (1) del cavitador, en particular, en función de las características, por ejemplo, temperatura, del producto a procesar.