PROCEDIMIENTO Y SISTEMA PARA LA DEPOSICIÓN DE RECUBRIMIENTOS SOBRE SUPERFICIES CILINDROIDES DE GEOMETRÍA EXTRUIDA.

Procedimiento y sistema para la deposición de recubrimientos sobre superficies cilindroides de geometría extruida.

Consiste en un vaso de geometría cilindroide con un orificio central donde se encuentra la superficie a recubrir, y que se desplaza verticalmente a lo largo de ésta depositando el recubrimiento. Las superficies son suspendidas verticalmente por un soporte que se desplaza por un carrusel. El vaso se encuentra sobre una mordaza inferior que agarra la pieza, que permanece fija durante el recubrimiento. El vaso realiza un movimiento ascendente sobre la pieza sin recubrimiento, allí se llena de líquido y baja a una velocidad tal que la película de recubrimiento tenga el espesor deseado. Al llegar a la mordaza, ésta suelta la pieza, que avanza sobre el carrusel hasta un horno donde el recubrimiento se sinteriza, seca o pega a la pieza

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901973.

Solicitante: CENTRO DE INVESTIGACIONES ENERGETICAS MEDIOAMBIENTALES Y TECNOLOGICAS (CIEMAT)
INVESTIGACION, DESARROLLO E INNOVACION ENERGETICA, S.A
.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: MORALES SABIO,ANGEL, SAN VICENTE DOMINGO,GEMA, ZARZA MOYA,EDUARDO, SERVET DEL RIO,JORGE, SANCHEZ ALEJO,JAVIER.

Fecha de Solicitud: 8 de Octubre de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 2 de Febrero de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B05C3/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B05 PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION DE LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS FLUIDAS A SUPERFICIES, EN GENERAL.B05C APARATOS PARA LA APLICACION DE LIQUIDOS U OTROS MATERIALES FLUIDOS A LAS SUPERFICIES, EN GENERAL (aparatos de pulverización, aparatos de atomización, toberas o boquillas B05B; instalaciones para aplicar líquidos u otros materiales fluidos a objetos por pulverización electrostática B05B 5/08). › Aparatos en los que una pieza se pone en contacto con una gran cantidad de líquido u otro material fluido (B05C 19/00   tiene prioridad).

Clasificación PCT:

  • B05C1/02 B05C […] › B05C 1/00 Aparatos en los que un líquido u otro material fluido es depositado sobre la superficie de una pieza por contacto con un elemento portador del líquido u otro material fluido, p. ej. un elemento poroso impregnado de un líquido que va a ser aplicado como revestimiento (B05C 5/02, B05C 7/00, B05C 19/00 tienen prioridad). › para aplicar un líquido u otro material fluido a objetos individuales.
  • B05C13/02 B05C […] › B05C 13/00 Medios para manipular o sostener objetos, p. ej. objetos individuales. › para objetos particulares.
  • B05C5/02 B05C […] › B05C 5/00 Aparatos en los cuales un líquido u otro material fluido es proyectado, vertido o esparcido sobre la superficie de la pieza (B05C 7/00, B05C 19/00 tienen prioridad). › a partir de un dispositivo de salida en contacto, o casi en contacto, con la pieza (B05C 5/04 tiene prioridad).
  • B05D1/26 B05 […] › B05D PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS FLUIDAS A SUPERFICIES, EN GENERAL (transporte de objetos en los baños de líquidos B65G, p. ej.. B65G 49/02). › B05D 1/00 Procedimientos para aplicar líquidos u otras materias fluidas a las superficies (B05D 5/00, B05D 7/00 tienen prioridad). › por aplicación de líquidos u otros materiales fluidos, a partir de un orificio en contacto o casi en contacto con la superficie.
  • B05D1/42 B05D 1/00 […] › por elementos no rotativos.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y sistema para la deposición de recubrimientos sobre superficies cilindroides de geometría extruída.

Objeto de la invención

La presente invención trata de un procedimiento y un sistema para la deposición de recubrimientos mediante un proceso de "dip coating" sobre superficies regladas cuya generatriz son rectas paralelas que se apoyan en una curva directriz cualquiera, cilindroides, es decir, cuya geometría puede ser extruída, en el que la superficie a recubrir permanece fija en posición vertical, y se desplaza a lo largo de ella un recipiente que contiene la solución a depositar. Un ejemplo de aplicación podría ser el recubrimiento de tubos de receptores solares para aumentar la captación de la radiación solar con películas absorbentes selectivas y anti reflectantes. Se trata de una invención que pertenece, dentro del área del recubrimiento y tratamiento de superficies, al campo de la aplicación de recubrimientos con capas nanométricas sobre superficies de objetos de gran longitud.

Antecedentes de la invención

El tratamiento superficial de objetos metálicos es realizado desde la antigüedad con diversos fines, especialmente la protección de los mismos frente a la oxidación. Hoy en día, existen sofisticados recubrimientos que son aplicados tanto en estado líquido como en polvo. Estos últimos utilizan cargas electrostáticas que permiten que sus partículas se adhieran a la superficie de la pieza antes de pasar por un horno que las funde, polimeriza o pega de manera definitiva.

Sin embargo, la aplicación de recubrimientos a superficies regladas puede tener otros fines distintos, como podría ser disminuir la reflexión de la luz solar, aumentar su absorción de manera que se consiga elevar la energía transferida cuando los rayos solares inciden sobre ella y disminuir la energía emitida en el espectro visible.

Este tratamiento es el que se le suele aplicar a los captadores solares de placas solares térmicas y de centrales termo solares para producción de energía, con lo que se consigue aprovechar al máximo la radiación solar que incide sobre ellos, calentando el fluido que pasa por su interior y que es posteriormente utilizado para calentar una vivienda o para producir energía eléctrica.

Estos sistemas requieren una máxima absorción de la energía solar y las menores pérdidas energéticas posibles. Con este fin, estos sistemas están configurados en tubos de vacío o estructuras similares que disminuyen las pérdidas por conducción y convección y poseen recubrimientos con gran poder absorbente de la energía solar y características de baja emisividad para disminuir las pérdidas energéticas por radiación térmica en el infrarrojo lejano.

Así, para maximizar esta absorción y minimizar la emisión de energía, se utiliza una combinación de sucesivas capas nanométricas, lo que traen consigo una alta absorción de la energía correspondiente a la distribución del espectro solar, y una baja emisión de energía correspondiente al espectro infrarrojo asociado a un cuerpo caliente.

En la actualidad los recubrimientos absorbentes selectivos comerciales se preparan por la técnica de pulverización catódica, que es un proceso físico en el que se produce la vaporización de los átomos de un material mediante el bombardeo de éste por iones energéticos. Con este método se consiguen aceptables propiedades ópticas de absorción y emisión, pero una baja estabilidad química, especialmente en contacto con el aire a la temperatura de funcionamiento.

También es utilizada la técnica denominada sol-gel, que es un procedimiento químico que consiste en la deposición de una película de solución precursora sobre un sustrato y su posterior densificación o sinterización en un horno. La solución precursora se prepara hidrolizando un alcóxido metálico, mediante reacciones químicas en condiciones sencillas, es decir, a presión y temperatura ambiente, dando lugar a una solución polimérica.

El estado de la técnica cuenta con numerosos aparatos y procesos para depositar películas sobre superficies de objetos. Dentro de la Clasificación Internacional de Patentes, los aparatos se encuentran principalmente en el epígrafe B05C (Aparatos para la aplicación de líquidos u otros materiales fluidos a las superficies), y los procedimientos en el B05D (Procedimientos para aplicar líquidos u otras materias fluidas a superficies).

En ninguna de estas fuentes consultadas, ha aparecido ningún sistema y procedimiento de recubrimiento superficial de superficies que denominamos cilindroides de geometría extruída como el que aquí se describe.

La patente ES2170608, "Procedimiento para la formación de una película antireflectante y niveladora sobre substratos de vidrio/OCT", describe un procedimiento que comprende las etapas de formulación y preparación de un baño de recubrimiento mediante la disolución de mezclas de tetraetilortosilicato (TEOS) con metiltrieloxisilano (MTES) en alcohol en presencia de un catalizador. A continuación se forma el gel sobre el substrato por inmersión y se retira de manera controlada del mismo en el baño de recubrimiento que contiene la disolución anterior para, a continuación, proceder al secado del gel formado por evaporación del disolvente y a su sinterizado mediante tratamiento térmico en un horno de atmósfera controlada a temperaturas de entre 300 y 400ºC.

La patente de referencia E2136597 "Material y procedimiento para el revestimiento de tuberías" plantea un proceso para aplicar un revestimiento de plástico reforzado con tejido a tuberías, así como el propio material.

La patente de referencia E2136597 "Procedimiento y dispositivo para la aplicación uniforme de un fluido sobre una cinta continua de material en movimiento" plantea un proceso para aplicar un líquido o pintura de manera homogénea, aunque no necesariamente delgada, sobre la superficie de una plancha de metal.

El análisis exhaustivo del estado de la técnica, la vinculación a grupos europeos de I+D+i en el desarrollo y aplicación de recubrimientos nanométricos ha hecho posible el desarrollo del presente procedimiento para la correcta deposición de estos recubrimientos sobre superficies de productos de gran longitud.

La invención que se describe a continuación, aunque simple en apariencia, se ha desarrollado tras numerosos estudios y pruebas realizadas, y tras la comprensión de las posibilidades de optimización de diversas soluciones previamente planteadas por los propios autores y por otros equipos de investigación.

El objetivo general pretendido con la presente invención es la optimización del proceso de aplicación industrial de un recubrimiento nanométrico a superficies cilindroides, de geometría extruída, como podría ser la aplicación de recubrimientos absorbentes y antireflectantes de radiación solar a receptores solares.

Otro objetivo pretendido es la creación de un sistema práctico, económico y versátil que permita la aplicación del proceso con la rapidez, calidad y reproducibilidad exigidas en la industria.

Descripción de la invención

La invención que se propone para satisfacer los objetivos planteados consiste en un sistema formado por un vaso de geometría cilindroide que será el encargado de depositar el recubrimiento en forma de película sobre el tubo o pieza a recubrir.

A este vaso se ha practicado un orificio central que coincide con el lugar donde se encuentra la superficie a recubrir. El vaso se desplaza verticalmente desde la parte de arriba hasta la parte de abajo del tubo a recubrir, depositando la solución de recubrimiento.

El vaso dispone en su parte interior de un retén con labio que roza perimetralmente con la superficie a recubrir y que asegura la estanqueidad durante el movimiento.

Alternativamente, si el juego entre el agujero del vaso y la superficie a tratar es pequeño, se puede prescindir del retén y utilizar el hecho de que el movimiento descendente genera en el huelgo (pieza-vaso) una combinación de una corriente de Couette y Hagen-Poiseuille en el fluido que evita que el fluido rezume por la parte inferior del vaso.

Los tubos o piezas a recubrir son suspendidos verticalmente por su extremo superior con un soporte que se desplaza por un carrusel, similar a los empleados para la pintura de piezas metálicas. Al llegar a la zona de recubrimiento, la pieza a recubrir es agarrada inferiormente por una mordaza que tiene una geometría...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema para la deposición de recubrimientos sobre superficies cilindroides de geometría extruída por un procedimiento como el descrito en la reivindicación 4, caracterizado por comprender los siguientes elementos:

• Un vaso de recubrimiento (3) con geometría cilindroide con un orificio central con la forma de la generatriz o forma exterior de la pieza a recubrir (1), estando dotado este vaso de medios (8,9) para poderse desplazar verticalmente a lo largo de la pieza (1).

• Un depósito (7) donde se almacena la solución de recubrimiento (2).

• Una tubería (6) a través de la cual la solución de recubrimiento (2) pasa del depósito (7) al vaso (3).

• Una mordaza inferior (15) sobre la que se encuentra el vaso (3), que se encarga de sujetar la pieza por la parte inferior mientras se realiza el recubrimiento, presentando dicha mordaza una geometría exterior idéntica a la de la generatriz de la pieza a recubrir.

• Un carrusel (11), donde se cuelgan las piezas a recubrir (1) y, a través del cual éstas se desplazan desde la zona de recubrimiento hasta el horno (12).

• Una mordaza superior (13), unida a un gancho de soporte (14), que sujeta a la pieza (1) al carrusel (11) por su parte superior mientras dicha pieza se desplaza por el carrusel.

• Horno de secado vertical (12).

2. Sistema para la deposición de recubrimientos sobre superficies cilindroides de geometría extruída, según reivindicación 1, caracterizado porque el juego entre el orificio del vaso de recubrimiento (3) y la superficie a tratar es suficientemente pequeño como para que se pueda utilizar el principio de la corriente de Couette y Hagen-Poiseuille para evitar que el líquido (2) rezume por la parte inferior del vaso.

3. Sistema para la deposición de recubrimientos sobre superficies cilindroides de geometría extruída, según reivindicación 1, caracterizado porque el vaso (3) posee interiormente un retén con labio (5) que roza perimetralmente con la pieza (1) y que asegura la estanqueidad durante el movimiento.

4. Procedimiento para la deposición de recubrimientos sobre superficies cilindroides de geometría extruída caracterizado porque las piezas a recubrir (1) son colgadas verticalmente por su extremo superior en un carrusel de transporte (11) mediante una mordaza (13) unida a un soporte (14), de tal forma que las piezas se desplazan hasta una zona de recubrimiento donde la pieza a recubrir (1) es agarrada inferiormente por otra mordaza (15) y donde un vaso de recubrimiento (3), con geometría cilindroide con un orificio central con la forma de la generatriz o forma exterior de la pieza a recubrir (1), entra por la parte inferior de la pieza, abrazándola y realizando un movimiento de ascenso en vacío hasta la parte superior de la pieza (1), donde se carga de líquido de recubrimiento (2) gracias a un depósito (7) que almacena el líquido y a una tubería (6) que conecta el depósito (7) con el vaso (3); y en el recorrido de bajada, el vaso (3) va recubriendo la pieza con una película uniforme a una velocidad tal que la película de recubrimiento tenga el espesor deseado; seguidamente, una vez que el vaso (3) se ha posado sobre la mordaza (15), ésta libera la pieza (1) ya recubierta, descargándose el vaso (3) de líquido sobrante y permitiendo que la pieza (1) siga su camino por el carrusel (11) hasta un horno (12) de secado vertical que polimeriza, sinteriza, funde o seca el recubrimiento sobre su superficie.

5. Procedimiento para la deposición de recubrimientos sobre superficies cilindroides de geometría extruída, según reivindicación 4, caracterizado porque el recubrimiento puede ser aplicado también por el interior del tubo simultáneamente o no a su aplicación por el exterior.


 

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