Filtro autoconfigurable para horno microondas de procesado en línea,

proceso de filtrado autoconfigurable para hornos microondas de procesamiento en línea y horno microondas de procesamiento en línea.

Filtro autoconfigurable para hornos microondas (1) de procesado en línea, que comprende medios configurados para la variación automática y adaptativa de la geometría interior de dicho filtro mediante la inserción de una pluralidad de pivotes deslizantes (5) configurados para variar perpendicularmente su distancia respecto de la cavidad de guías de ondas (2) de tal manera que actúen como elementos metálicos reactivos atenuantes de los principales modos que se propagan desde el interior del horno hacia el exterior, generando discontinuidades que cortan dichos modos de campo electromagnético

Filtro autoconfigurable para horno microondas de procesado en línea, proceso de filtrado autoconfigurable para hornos microondas de procesamiento en línea y horno microondas de procesamiento en línea.

El objeto principal de la presente invención es un dispositivo que, basado en las estructuras de filtros reactivos conocidos, pero mediante una configuración diferente y con un sistema de control, que le permite poder ajustar su geometría interna de forma automática al proceso de calentamiento que se vaya a realizar en el horno microondas al que se le acoplan dos filtros a la entrada y a la salida del mismo. La innovación de esta configuración reside en que el filtro que se describe permite la optimización de su funcionamiento con independencia del proceso de calentamiento de materiales para el que se desea atenuar las emisiones de campo electromagnético hacia el exterior del horno de la forma más óptima posible, con su consecuente eliminación de riesgo ante la exposición de microondas a altas potencias.

La invención se encuadra en el sector de las aplicaciones industriales de procesos de calentamiento por microondas y más en concreto en el diseño y fabricación de filtros de microondas adaptativos para hornos de microondas que operan en continuo.

Antecedentes de la invención

En la sociedad actual crece de una forma exponencial el uso de las microondas en diversos sectores. Dentro de las múltiples aplicaciones para las que se están utilizando las microondas destaca sobre todas ellas el calentamiento de materiales en procesos industriales continuos, mediante la utilización de hornos de microondas emplazados en algún punto de la línea de producción. Este tipo de hornos industriales de microondas es considerado como una cavidad alimentada con fuentes de microondas (magnetrones), tratándose los distintos materiales en el interior de la cavidad. Este tipo de hornos posee dos aperturas que conforman un puerto de entrada y otro de salida por donde se introducen y se recuperan los materiales, normalmente a través de una cinta transportadora de un cierto material, por lo que estos hornos van a estar abiertos por sus puertos de manera que es posible la fuga hacia el exterior de la radiación de microondas producida en dichos hornos. Este hecho resulta negativo para el proceso ya que requiere de un aumento de la potencia de alimentación para conseguir los objetivos prefijados, además de presentar un problema de seguridad por la exposición ante radiaciones electromagnéticas de elevadas potencias, lo que ha motivado la aprobación de normativas y especificaciones que limitan las radiaciones que se emiten al exterior en procesos industriales, de forma que se garantice la seguridad del personal que participa en estos procesos, siendo necesario un mecanismo de control de estas fugas electromagnéticas.

Existen diferentes tipos de mecanismos de control de las radiaciones en procesos industriales. Estos van desde puertos para la entrada/salida del material con guías de onda al corte, los cuáles son muy sencillos pero tienen limitaciones tanto de geometría como de las características del proceso de calentamiento, hasta otros elementos que se utilizan con este fin, como son los stubs o sintonizadores (pequeñas cavidades resonantes) de un cuarto de onda de altura, que se utilizan en serie a la entrada y a la salida de los hornos, ajustando la longitud de cada stub en función del modo de propagación que se va a eliminar. El problema de estos últimos es el estrecho ancho de banda en el que pueden trabajar, las críticas dimensiones de la asociación y su dependencia con la anchura del material a tratar. Adicionalmente los stubs solamente permiten eliminar los modos transversales eléctricos sin permitir la eliminación de los modos transversales magnéticos. Otra tecnología utilizada es el uso de filtros reactivos de microondas como herramientas de control, que se basan en la teoría reactiva de filtros para atenuar el campo electromagnético tanto en el puerto de entrada como en el de salida de este tipo de aplicaciones, ajustándose a una geometría determinada y fija en función de proceso que se realice en cada momento. El principal problema de estos filtros es que sólo son efectivos para unos pocos modos de propagación y tienen una estructura fija, lo cuál sólo garantiza un adecuado funcionamiento para un tipo de proceso, un tipo y tamaño de material, una velocidad de producción fijada y una potencia del horno. Esto implica que cualquier cambio en el proceso productivo, obliga a redefinir y volver a fabricar todas las estructuras comentadas anteriormente.

Aunque existen algunas referencias de diseños de filtros reactivos para hornos microondas, los autores no han encontrado ninguna relativa a filtros reactivos auto-configurables que constituyen la innovación objeto de la invención para este tipo de procesos.

Descripción de la invención

Para aportar una solución a este tipo de problemas mediante el uso de filtros reactivos, se plantea esta invención, consistente en una estructura de filtro reactivo provisto de un sistema de elementos geométricos a modo de pivotes metálicos o dieléctricos (sintonizadores) que se insertan en la cavidad del filtro para modificar su geometría interna y, por tanto, su capacidad para atenuar diferentes modos de campo electromagnético que intentan propagarse desde el interior del horno de microondas hacia el exterior, a través de las apertura de entrada y salida del proceso en línea.

La novedad de este dispositivo reside en que es adaptable de forma automática a cada proceso distinto que se lleve a cabo en el interior del horno, bien sea por el cambio de tipo de material a calentar, como de sus dimensiones, como de las exigencias de producción del sistema en Kg/h, como de los parámetros de potencia y modificaciones en la estructura del horno. Esto es así, puesto que la disposición geométrica óptima de los pivotes insertados en la cavidad del filtro es calculada de forma adaptativa y en varios pasos, mediante un algoritmo de optimización de parámetros, cuya solución es enviada a un conjunto de motores que, a través de husillos se conectan a los pivotes del filtro, permitiendo el desplazamiento automático de los mismos en varias iteraciones y durante la fase de aprendizaje, hasta alcanzar la posición óptima para cada proceso de calentamiento en el horno microondas. Esta configuración óptima asegura la máxima atenuación de las radiaciones electromagnéticas producidas por el horno en las aperturas del mismo, para el proceso y para el horno con los que se ha realizado el proceso de autoconfiguración. El funcionamiento de este dispositivo es invariante ante cambios en el proceso, sin más que realizar una nueva etapa de aprendizaje que permita la autocalibración del filtro para un nuevo escenario.

Actualmente, la fabricación de filtros reactivos para hornos microondas de procesamiento en línea se realiza mediante estructuras fijas para el proceso de calentamiento que se vaya a realizar, no siendo fiables para otros procesos en el mismo horno, por cambios del tipo de material, dimensiones, etc. El filtro objeto de la invención es independiente del proceso, sin más que realizar un pequeño procedimiento de entrenamiento del sistema, lo que implica una autoconfiguración del filtro. Tras este proceso de entrenamiento el campo eléctrico emitido por el filtro será mínimo. Esto se realiza mediante un conjunto de pivotes deslizantes hacia el interior de la cavidad que conforma el filtro, cuyas longitudes de penetración son estimadas en varias iteraciones por un algoritmo de optimización. Dicho algoritmo no tiene que ser un diseño exclusivo para cada horno o para cada filtro, sino que puede utilizarse cualquiera de los mecanismos de optimización existentes en la literatura técnica (Levenberg-Marquardt, Mínimos Cuadrados, Base Radial, Gradiente Conjugado, Algoritmos Genéticos, etc.). El mecanismo de movimiento de los pivotes es accionado mediante cualquier sistema de tracción o giro, como motores, actuadores neumáticos, etc, con sus correspondientes sistemas de transmisión. Dicho accionamiento es controlado por el algoritmo de optimización, cuya salida será un conjunto de valores correspondientes a las longitudes que deben penetrar cada uno de los pivotes del filtro (o un conjunto de ellos) de manera que la variación de la geometría interior del filtro se va consiguiendo en cada iteración, de forma que la última configuración, tras el proceso de entrenamiento o autocalibración del filtro, corresponde a la de atenuación máxima posible de las emisiones electromagnéticas hacia las aperturas que conforman la entrada y salida del sistema filtro-horno-filtro, por las que se...

1. Filtro autoconfigurable para hornos microondas (1) de procesamiento en línea caracterizado porque comprende medios configurados para la variación automática y adaptativa de la geometría interior de dicho filtro mediante la inserción de una pluralidad de pivotes deslizantes (5), en donde dichos pivotes (5) están configurados para variar perpendicularmente su distancia respecto de la cavidad de guías de ondas (2), de tal forma que actúen como elementos reactivos atenuantes de los principales modos que se propagan desde el interior del horno (1) hacia el exterior, generando además discontinuidades que cortan dichos modos de campo electromagnético.

2. Filtro de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la variación de la distancia respecto a la cavidad de guía de ondas (2) se produce mediante unos actuadores (7) acoplados a cada uno de los pivotes (5) o a un conjunto de ellos.

3. Filtro de acuerdo con la reivindicación 2 en donde los actuadores (7) transmiten su movimiento a los pivotes (5) mediante medios de transmisión mecánica (6).

4. Filtro de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3 en donde la inserción de los pivotes (5) se realiza hasta alcanzar una distancia óptima para cada pivote (5), estando dicha distancia configurada de forma adaptativa en una o varias iteraciones de forma autónoma, tras una fase de aprendizaje, en la que se mide la atenuación producida a la salida y a la entrada del filtro para la potencia del horno (1) hasta alcanzar una distancia tal que permita atenuar de forma óptima al mínimo nivel posible para el proceso concreto.

5. Proceso de filtrado autoconfigurable para hornos (1) microondas de procesamiento en línea implementado con el filtro de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

una primera etapa de medida del campo electromagnético (11) a la salida del filtro en donde partiendo de una posición inicial (10) de las longitudes de los pivotes (5) en el interior del filtro, se mide el campo electromagnético a la salida del mismo (11), funcionando el horno (1) en las mismas condiciones y con los materiales a los que se destinará para el proceso de calentamiento por microondas;

una segunda etapa (12) de optimización de las longitudes de los pivotes (5) en el interior del horno (1), así como la potencia medida a la salida de cada filtro en donde esta segunda etapa (12) está configurada para que obtenga como resultado la siguiente configuración de longitudes de los pivotes (5) en el interior del filtro que permitan reducir el campo radiado hacia el exterior;

una tercera etapa (13) donde si el valor de dicho campo es inferior al umbral establecido para ese proceso concreto, éste finaliza y la distribución actual de las longitudes de los pivotes interiores al filtro será la óptima para el proceso para el cual se ha entrenado el filtro;

una cuarta etapa (14) en donde si el umbral no ha sido alcanzado, se calculan los nuevos valores de penetración de todos los pivotes (5), que serán transmitidos a los actuadores para posicionar los pivotes (5), con la nueva configuración, repitiéndose este proceso hasta alcanzar estar por debajo del umbral máximo permitido para el nivel de campo electromagnético radiado hacia el exterior del conjunto filtro-horno-filtro.

6. Proceso de filtrado de acuerdo con la reivindicación 5 en donde la posición inicial (10) de los pivotes (5) es aleatoria, o previamente estimada con simulaciones.

7. Horno microondas (1) para procesamiento en línea caracterizado porque comprende al menos un filtro de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4 y/o un proceso de acuerdo con la reivindicación 5 y 6.