APARATO DE CHORRO DE AGUA ULTRASONICO.
Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) que comprende:
una entrada de agua a alta presión (24) para recibir un flujo de agua a alta presión;
un generador ultrasónico (21) para generar impulsos eléctricos de alta frecuencia;
una unidad de control (23) para controlar una frecuencia de los impulsos eléctricos;
una boquilla ultrasónica (60) que presenta:
un transductor (62) para recibir los impulsos eléctricos de alta frecuencia del generador ultrasónico, convirtiendo el transductor los impulsos eléctricos en vibraciones;
una micropunta (64) que comprende:
un soporte (67) conectado al transductor;
un vástago (65) conectado al soporte y que se extiende aguas abajo hacia un orificio de salida (61) de la boquilla, vibrando la micropunta de manera ultrasónica para generar así un chorro de agua impulsado forzado,
caracterizado porque
la micropunta (64) comprende una pestaña (69) conectada al soporte para aislar el transductor del flujo de agua a alta presión; y
porque el soporte (67) comprende un roscado para fijarse al vástago (65)
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/CA2003/001683.
Solicitante: VLN ADVANCED TECHNOLOGIES INC.
Nacionalidad solicitante: Canadá.
Dirección: P.O. BOX 27076, GLOUCESTER CENTER,GLOUCESTER, ONTARIO K1J 9L9.
Inventor/es: VIJAY,MOHAN,M, YAN,WENZHUO, TIEU,ANDREW, REN,BAOLIN.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 28 de Abril de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B05B12/06 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B05 PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION DE MATERIALES FLUIDOS A SUPERFICIES, EN GENERAL. › B05B APARATOS DE PULVERIZACION; APARATOS DE ATOMIZACION; TOBERAS O BOQUILLAS (mezcladores de pulverización con toberas B01F 5/20; procedimientos para aplicar líquidos u otros materiales fluidos a superficies por pulverización B05D). › B05B 12/00 Disposiciones para controlar la distribución; Disposiciones para controlar la zona de pulverización. › para realizar una salida pulsatoria.
- B05B17/06B2
- B05B3/02 B05B […] › B05B 3/00 Aparatos de pulverización o de aspersión con elementos de salida o elementos deflectores móviles (B05B 5/00 tiene prioridad). › con elementos rotativos.
- B08B3/02H
- B26F3/00C
Clasificación PCT:
- B05B12/06 B05B 12/00 […] › para realizar una salida pulsatoria.
- B05B17/06 B05B […] › B05B 17/00 Aparatos de pulverización o de atomización de líquidos o de otros materiales fluidos, no cubiertos por ningún grupo de esta subclase (soltado o largado en vuelo de materia polvorienta, líquida o gaseosa B64D 1/16). › que utilizan vibraciones ultrasónicas.
- B05B3/04 B05B 3/00 […] › propulsados por el líquido u otro material fluido que refluye, p. ej. el líquido acciona un motor antes de su llegada al orificio de salida.
- B08B3/02 B […] › B08 LIMPIEZA. › B08B LIMPIEZA EN GENERAL; PREVENCION DE LA SUCIEDAD EN GENERAL (cepillos A46; dispositivos para limpieza del hogar o análogos A47L; separación de partículas sólidas de líquidos o gases B01D; separación de sólidos B03, B07; pulverización o aplicación de líquidos u otros materiales fluidos sobre superficies en general B05; dispositivos de limpieza para transportadores B65G 45/10; operaciones combinadas de lavado, llenado y cierre de botellas B67C 7/00; inhibición de la corrosión o de la incrustación en general C23; limpieza de calles, de vías férreas, de playas o de terrenos E01H; partes constitutivas, detalles o accesorios de piscinas para nadar o para chapotear especialmente adaptados a la limpieza E04H 4/16; protección contra las cargas electrostáticas o supresión de estas cargas H05F). › B08B 3/00 Limpieza mediante procedimientos que implican la utilización o la presencia de un líquido o de vapor de agua (B08B 9/00 tiene prioridad). › Limpieza producida por la fuerza de chorros o pulverizaciones.
Clasificación antigua:
- B05B12/06 B05B 12/00 […] › para realizar una salida pulsatoria.
- B05B3/04 B05B 3/00 […] › propulsados por el líquido u otro material fluido que refluye, p. ej. el líquido acciona un motor antes de su llegada al orificio de salida.
- B08B3/02 B08B 3/00 […] › Limpieza producida por la fuerza de chorros o pulverizaciones.
Fragmento de la descripción:
Aparato de chorro de agua ultrasónico.
Campo técnico
La presente invención se refiere, en general, a chorros de agua a alta presión para limpieza y corte y, en particular, a chorros de agua modulados en alta frecuencia.
Antecedentes de la invención
Son bien conocidos en la técnica los chorros de agua a alta presión de flujo continuo para aplicaciones de limpieza y corte. Dependiendo de la aplicación particular, la presión del agua requerida para producir un chorro de agua a alta presión puede ser del orden de algunos miles de kPa o libras por pulgada cuadrada (psi) (1.000 psi = 6.900 kPa) para tareas de limpieza bastante sencillas hasta decenas de miles de libras por pulgada cuadrada para cortar y eliminar recubrimientos endurecidos.
Se dan a conocer ejemplos de sistemas de chorro de agua a alta presión de flujo continuo para cortar y limpiar en las patentes US nº 4.787.178 (Morgan et al.), nº 4.966.059 (Landeck), nº 6.533.640 (Nopwaskey et al.), nº 5.584.016 (Varghese et al.), nº 5.778.713 (Butler et al.), nº 6.021.699 (Caspar), nº 6.126.524 (Shepherd) y nº 6.220.529 (Xu). Se encuentran ejemplos adicionales en las solicitudes de patente europea EP 0 810 038 (Munoz) y EP 0 983 827 (Zumstein), así como en la publicación de solicitud de patente US US 2002/0109017 (Rogers et al.), US 2002/0124868 (Rice et al.) y US 2002/0173220 (Lewin et al.).
La tecnología de chorro de agua de flujo continuo, de la que lo expuesto anteriormente son ejemplos, sufre ciertas desventajas que hacen que los sistemas de chorro de agua de flujo continuo sean caros y engorrosos. Tal como los expertos en la materia podrán apreciar, el equipo de chorro de agua de flujo continuo debe diseñarse de manera robusta para resistir las presiones de agua extremadamente altas implicadas. En consecuencia, la boquilla, las tuberías de agua y los conectores son voluminosos, pesados y caros. Para suministrar un chorro de agua a ultra alta presión, se requiere una bomba de agua a ultra alta presión cara, lo que aumenta adicionalmente los costes tanto en cuanto al coste de capital de una bomba de este tipo como los costes de energía asociados con el funcionamiento de una bomba de este tipo.
En respuesta a las deficiencias de los chorros de agua de flujo continuo, se desarrolló una boquilla pulsátil ultrasónica para suministrar agua modulada en alta frecuencia en paquetes no continuos, casi diferenciados, o "impulsos de presión". Esta boquilla ultrasónica se describe e ilustra en detalle en la patente US nº 5.134.347 (Vijay) presentada el 13 de octubre de 1992. La boquilla ultrasónica dada a conocer en la patente US 5.154.347 traducía las oscilaciones ultrasónicas de un generador ultrasónico en vibraciones mecánicas de ultra alta frecuencia que podían transmitir miles de impulsos por segundo al chorro de agua a medida que se desplazaba a través de la boquilla. Los impulsos del chorro de agua transmiten una presión de golpe de ariete sobre la superficie que va a cortarse o limpiarse. Debido a este rápido bombardeo de mini-impulsos de presión de agua, que transmiten cada uno una presión de golpe de ariete sobre la superficie objetivo, la capacidad erosiva del chorro de agua se potencia enormemente. La boquilla pulsátil ultrasónica que corta o limpia puede por tanto cortar o limpiar mucho más eficazmente que los chorros de agua de flujo continuo de la técnica anterior.
Teóricamente, la presión erosiva que golpea la superficie objetivo es la presión de estancamiento, o ?v2 (donde ? representa la densidad del agua y v representa la velocidad de impacto del agua cuando choca contra la superficie objetivo). En cambio, la presión que se produce debido al fenómeno de golpe de ariete es ?cv (en el que c representa la velocidad del sonido en el agua, que es aproximadamente de 1524 m/s). Por tanto, el aumento teórico de la presión de impacto logrado mediante la pulsación del chorro de agua es de 2c/v. Incluso si se omite la resistencia aerodinámica y se supone que la velocidad de impacto se aproxima a la velocidad de descarga del fluido de 1500 pies por segundo (o aproximadamente 465 m/s), el aumento de la presión de impacto es de aproximadamente 6 a 7. Si el modelo considera la resistencia aerodinámica y la velocidad de impacto es de aproximadamente 300 m/s, entonces el aumento teórico sería de diez veces.
En la práctica, debido a las pérdidas por fricción y otras ineficacias, la boquilla ultrasónica pulsátil descrita en la patente US nº 5.154.347 transmite de aproximadamente 6 a 8 veces más presión de impacto sobre la superficie objetivo para una presión fuente dada. Por tanto, para lograr la misma capacidad erosiva, la boquilla pulsátil necesita funcionar sólo con una fuente de presión que es de 6 a 8 veces menos potente. Puesto que la boquilla pulsátil puede utilizarse con una bomba mucho más pequeña y menos cara, es más económica que las boquillas de chorro de agua de flujo continuo. Además, puesto que la presión del chorro de agua en la boquilla, las tuberías y los conectores es mucho menor con una boquilla ultrasónica, la boquilla ultrasónica puede diseñarse para que sea más ligera, menos engorrosa y más económica.
Aunque la boquilla ultrasónica descrita en la patente US nº 5.154.347 representaba un avance sustancial en la tecnología de corte y limpieza con chorro de agua, el solicitante encontró que eran deseables refinamientos y mejoras adicionales. La primera iteración de la boquilla ultrasónica, que se describe en la patente US nº 5.154.347, demostró no ser óptima debido a que se utilizó conjuntamente con generadores de chorros de agua previamente existentes. Surgió por tanto la necesidad de un aparato de chorro de agua ultrasónico completo que se beneficie totalmente de la boquilla ultrasónica.
Se demostró también que era deseable modificar la boquilla ultrasónica para hacerla más eficaz desde una perspectiva fluidodinámica, para que pudiese limpiar y eliminar recubrimientos más eficazmente de grandes superficies, y para que sea más ergonómica en las manos del usuario final.
En la publicación titulada "Design and development of a prototype pulsed water jet machine for the removal of hard coatings" (Proc. 14th International Conference on jetting technology BHR group Conference series - n.º 32, 1998, páginas 39-57), M. Vijay, el inventor de la presente tecnología, explica resumidamente un aparato de chorro de agua impulsado prototipo según el preámbulo de la reivindicación 1 que presenta un transductor piezoeléctrico o magnetoestrictivo para generar un chorro de agua pulsado de impulsos de presión de agua. Aunque esta tecnología básica era prometedora en teoría, no obstante no era óptima en el diseño e implementación. En vista del primer prototipo presentado en dicha publicación, se consideraron necesarias mejoras en el diseño del aparato, en particular para optimizar la micropunta del transductor, para producir un aparato de chorro de agua pulsado optimizado.
Por consiguiente, en vista de las deficiencias anteriores, resultaría sumamente deseable proporcionar un aparato de chorro de agua ultrasónico mejorado.
Sumario de la invención
Un objetivo principal de la presente invención consiste en superar por lo menos algunas de las deficiencias de la técnica anterior indicada anteriormente.
Este objetivo se logra mediante los elementos definidos en la reivindicación 1 adjunta. Se definen características opcionales y las formas de realización alternativas en las reivindicaciones subordinadas.
Por tanto, la presente invención proporciona un aparato de chorro de agua ultrasónico según la reivindicación 1.
Breve descripción de los dibujos
Las ventajas y características adicionales de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista lateral esquemática de un aparato de chorro de agua ultrasónico que presenta un módulo generador móvil conectado a una pistola de mano según una forma de realización de la presente invención;
la figura 2 es un diagrama de flujo esquemático que ilustra el funcionamiento del módulo generador móvil;
la figura 3 es un esquema que representa el funcionamiento del aparato de chorro de agua ultrasónico;
la figura 4 es una vista en planta superior del módulo generador móvil;
la figura 5 es una vista en alzado posterior del módulo generador móvil;
Reivindicaciones:
1. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) que comprende:
una entrada de agua a alta presión (24) para recibir un flujo de agua a alta presión;
un generador ultrasónico (21) para generar impulsos eléctricos de alta frecuencia;
una unidad de control (23) para controlar una frecuencia de los impulsos eléctricos;
una boquilla ultrasónica (60) que presenta:
caracterizado porque
la micropunta (64) comprende una pestaña (69) conectada al soporte para aislar el transductor del flujo de agua a alta presión; y
porque el soporte (67) comprende un roscado para fijarse al vástago (65).
2. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, en el que la micropunta (64) es un cilindro escalonado.
3. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, en el que la entrada de agua a alta presión (24) entra en la boquilla ultrasónica (60) a través de un acceso lateral (80) que está en comunicación de fluido con una entrada de agua (82), de modo que el agua no incide directamente sobre el vástago (65) de la micropunta (64).
4. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, en el que el transductor (62) es un transductor piezoeléctrico o piezomagnético.
5. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, en el que la unidad de control (23) recibe además señales de un indicador (26) de la presión del agua para medir la presión del agua en el agua que entra en la entrada de agua a alta presión (24).
6. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, que comprende además una válvula de descarga de agua (27) y un accionador (28) para abrir y cerrar la válvula de descarga de agua.
7. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, que comprende además un tubo de aire comprimido (42) para proporcionar aire comprimido para enfriar el transductor.
8. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, que comprende además un cable de señal ultrasónica (44) para transmitir los impulsos eléctricos desde el generador ultrasónico hasta el transductor, estando el cable por lo menos parcialmente alojado dentro del tubo de aire comprimido.
9. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, en el que la boquilla ultrasónica comprende una pluralidad de orificios de salida (61a).
10. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 9, en el que la micropunta (64) comprende múltiples dientes, uno para cada uno de la pluralidad de orificios de salida.
11. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 1, que comprende un cabezal de boquilla rotativa (90) que incluye el orificio de salida (61) a través del que surge el chorro de agua impulsado forzado.
12. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 11, en el que la boquilla ultrasónica (60) comprende además un par de chorros externos (92) en comunicación de fluido con el chorro de agua para proporcionar un par motor para la autorrotación del cabezal de boquilla (90).
13. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 12, en el que el cabezal de boquilla rotativa (90) comprende una pluralidad de orificios de salida (61a).
14. Aparato de chorro de agua ultrasónico (10) según la reivindicación 12, en el que el cabezal de boquilla rotativa (90) comprende una pluralidad de orificios de salida en ángulo (91) que generan un par motor para rotar el cabezal de boquilla.
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