Sonotrodo y dispositivo para reducir y eliminar la formación de espuma de productos líquidos.

El sonotrodo (10) para generar un campo de ultrasonidos en procesos de producción industrial tales como procesos químicos,

de los alimentos, del petróleo, de los productos farmacéuticos, de las bebidas o procesos relacionados con la minería, para reducir y eliminar la formación de espuma de los productos líquidos con una forma compacta de una sola pieza del cuerpo del sonotrodo, en el que el sonotrodo (10) está provisto de una parte principal (1) del cuerpo que tiene medios de conexión para la conexión con un generador de alta frecuencia y que tiene una cara frontal (2) desde la que el campo de ultrasonidos se dirige hacia el lugar deseado o área del producto (3) que se va a despumar, caracterizado porque: la parte principal (1) del cuerpo tiene la forma de un elemento de bloque (40) rectangular o cuadrado que tiene una parte (41) de diámetro reducido en el lado de la cara frontal (2) que se amplía en comparación con este último; porque la cara frontal (2) es de forma cóncava, en relación a la superficie de un producto, para enfocar el campo de ultrasonidos a un área específica de una espuma (3) del producto que se va a tratar, de una forma concentrada en comparación con un ultrasonido no enfocado; y porque la mencionada cara frontal (2) tiene una forma rectangular con una concavidad (21) redondeada en la dirección del eje longitudinal (L) en forma de una ranura redondeada o canal.

Sonotrodo y dispositivo para reducir y eliminar la formación de espuma de productos líquidos La presente invención se refiere a un sonotrodo para generar un campo de ultrasonidos en procesos de producción industrial tales como procesos químicos o procesos relacionados con los alimentos, en los que se procesa un producto líquido, que genera durante el procesado una formación de espuma en la superficie superior del producto. La invención se refiere también a un dispositivo que comprende uno o más de tales sonotrodos para despumar.

En diferentes campos de la industria, la generación de espuma de un producto que se va a procesar es un problema inherente. En el campo de la industria de las bebidas, por ejemplo, principalmente con productos carbonatados tales como la cola y la cerveza, pero también con productos no carbonatados tales como zumos de frutas, etc., no solo existe durante el proceso de producción, sino también durante el envasado del producto en botellas o similares, el problema de que el producto genera una gran cantidad de espuma. La generación de espuma se traduce a menudo en una pérdida no deseada de producto, y también la contaminación de los recipientes en los que el producto se va a envasar, es un gran problema en estas industrias. Durante el proceso de envasado, la generación de demasiada espuma conduce a problemas con respecto al sellado de los recipientes, y además el proceso de la línea de envasado se ralentiza considerablemente debido a la espuma en la parte superior del producto. No obstante, también en otras industrias, la generación de espuma de productos líquidos es una cuestión problemática. Ejemplos de otras industrias son las industrias químicas, de derivados del petróleo, farmacéuticas y mineras. La espuma puede formarse en tanques, depósitos abiertos o en recipientes o botellas, en los que se envasa el producto. Debido a la espuma, existe también un problema con respecto a la capacidad/volumen de los depósitos, al equipo de procesamiento aguas abajo, tal como las bombas, los homogeneizadores, los pasteurizadores, las líneas de envasado y el equipo de filtración.

En la técnica anterior, las tecnologías convencionales utilizadas para reducir o para actuar en contra de la generación de demasiada espuma durante varios años habían implicado el uso de productos químicos anti-espuma. Sin embargo, en la industria alimentaria, el uso de productos químicos no es posible, y en otras industrias el uso de tales productos químicos para reducir la generación de espuma es bastante costoso. Además, los productos químicos pueden cambiar las características del producto líquido que se procesa en la línea de producción.

Además, se han sugerido los rompedores mecánicos de espuma en la técnica anterior, con el fin de limitar la generación de espuma durante el envasado de cerveza o refrescos de cola en botellas, por ejemplo. Otra solución a este tipo de problema consiste en dispositivos anti-espuma que utilizan ondas de ultrasonido para la destrucción de la espuma en la parte superior del producto líquido. En el documento WO 2004/024317 A1, por ejemplo, se describe un dispositivo de ultrasonidos para eliminar la creación de espuma en grandes recipientes. Este conocido dispositivo utiliza resonadores en forma de placa, redondos, montados en un dispositivo giratorio y están provistos de medios para cambiar el ángulo de la superficie de tratamiento de las placas del resonador de este dispositivo en la dirección del producto. A través del cambio del ángulo de los resonadores en forma de placa y del giro de los dos dispositivos, el campo de ultrasonidos se centra en un punto específico sobre la superficie del recipiente del producto. Este sistema es bastante grande en su construcción y difícil de implementar en líneas de envasado existentes sin modificaciones sustanciales. Además, este dispositivo ultrasónico conocido necesita medios complicados para controlar la creación del campo de ultrasonidos y para modificar permanentemente el ángulo de la radiación del campo de ultrasonidos enfocado.

En el documento WO 2007/118285 A1, se describe un sistema transductor ultrasónico adicional, que tiene un sonotrodo con una parte del cuerpo principal y una superficie de tratamiento de líquido en su extremo. La superficie de tratamiento de la espuma de este sonotrodo se provee de una multitud de cavidades con forma de cuerno. Debido a la multitud de cavidades, se puede emitir un campo de ultrasonidos más intenso. Sin embargo, también este tipo de tal dispositivo de tratamiento ultrasónico tiene desventajas en términos de la posibilidad de eliminar la generación de espuma en ciertas aplicaciones, por ejemplo, en las líneas de envasado para el envasado de bebidas en botellas o recipientes.

Una técnica anterior adicional según el documento US 2001/0032511 A1 describe un dispositivo de ultrasonidos para un escaneo tridimensional de la parte interior de un cuerpo o similar, a través de una zona estrecha. Este dispositivo de exploración ultrasónica tiene una multitud de elementos transductores ultrasónicos con el fin de enfocar el ultrasonido en una parte estrecha de la entrada al cuerpo y para proporcionar una gran imagen de exploración completa y tridimensional del órgano interno a examinar. Por consiguiente, el propósito de esta sonda de exploración ultrasónica tridimensional es, primero concentrar el campo ultrasónico y después permitir un examen ultrasónico ampliado de una manera tridimensional.

En vista de los mencionados inconvenientes de las soluciones de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención proporcionar un sonotrodo y un dispositivo de ultrasonidos con al menos un sonotrodo, que son más eficientes y más flexible con respecto a la aplicación en líneas de producción existentes y con respecto a la eliminación de espuma y la reducción de la espuma en diferentes procesos de producción.

Es problema se soluciona mediante un sonotrodo con las características de la reivindicación 1 y mediante un dispositivo para generar un campo de ultrasonidos según las características de la reivindicación 7. Las realizaciones preferidas y las características de la invención se describen en las respectivas reivindicaciones dependientes.

El sonotrodo según la invención está provisto de una parte principal del cuerpo que tiene medios de conexión para la conexión del sonotrodo con un generador de alta frecuencia, y tiene una cara frontal, desde la que el campo de ultrasonidos se dirige hacia el lugar o área deseados del producto, o a la parte superior del producto que se va a despumar. El sonotrodo según la invención está caracterizado porque la parte principal del cuerpo tiene una forma de un elemento de bloque compacto, y porque la cara frontal es cóncava en su forma con respecto a una superficie del producto, de tal manera que el campo de ultrasonidos se enfoca y se dirige a un área específica de una espuma del producto que se va a tratar en una forma concentrada comparada con un ultrasonido no enfocado. Como un resultado de la forma cóncava de la cara frontal, el campo de ultrasonidos se concentra, en comparación con una cara frontal plana o convexa. La cavidad de la cara frontal según la invención se forma de tal manera que se logra un efecto aumentado de la despumación del producto líquido. La cara frontal cóncava del sonotrodo según la invención se forma, en particular, como una ranura redondeada o canal con una curvatura optimizada especialmente. La frecuencia ultrasónica de alta amplitud, que se introduce en el sonotrodo por medio de una pieza de conexión, se transmite eficazmente por la parte principal del cuerpo en forma de bloque a la cara frontal cóncava, de tal manera que la generación de espuma durante el procesamiento del producto líquido puede eliminarse y reducirse efectivamente.

Según una forma ventajosa, el sonotrodo puede proporcionarse con una salida de alta potencia, en particular con una salida de potencia ultrasónica en el aire de entre 1 y 10.000 vatios, de entre 2 y 1000 vatios, preferiblemente de 5 a 1 a 800 vatios, más preferiblemente de 10 a 700 vatios y aún más preferiblemente entre 20 y 600 vatios.

Según una forma ventajosa de realización de la invención, el dispositivo que comprende el sonotrodo se proporciona con una alta relación de amplitud, en particular, con una amplitud de ultrasonidos de desplazamiento pico a pico entre 1 y 150 micras, preferiblemente de 5 a 140 micras, más preferiblemente de 10 a 120 micras y aún más preferiblemente de 30 a 120 micras. A través de una extensa búsqueda, los inventores han descubierto que con estos rangos de una alta relación de amplitud es posible una destrucción y reducción de espuma altamente eficaz. Sorprendentemente, estas... [Seguir leyendo]

1. El sonotrodo (10) para generar un campo de ultrasonidos en procesos de producción industrial tales como procesos químicos, de los alimentos, del petróleo, de los productos farmacéuticos, de las bebidas o procesos 5 relacionados con la minería, para reducir y eliminar la formación de espuma de los productos líquidos con una forma compacta de una sola pieza del cuerpo del sonotrodo, en el que el sonotrodo (10) está provisto de una parte principal (1) del cuerpo que tiene medios de conexión para la conexión con un generador de alta frecuencia y que tiene una cara frontal (2) desde la que el campo de ultrasonidos se dirige hacia el lugar deseado o área del producto (3) que se va a despumar, caracterizado porque: la parte principal (1) del cuerpo tiene la forma de un elemento de bloque (40) rectangular o cuadrado que tiene una parte (41) de diámetro reducido en el lado de la cara frontal (2) que se amplía en comparación con este último; porque la cara frontal (2) es de forma cóncava, en relación a la superficie de un producto, para enfocar el campo de ultrasonidos a un área específica de una espuma (3) del producto que se va a tratar, de una forma concentrada en comparación con un ultrasonido no enfocado; y porque la mencionada cara frontal (2) tiene una forma rectangular con una concavidad (21) redondeada en la dirección del eje longitudinal (L) en forma de una ranura redondeada o canal.

2. El sonotrodo (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la parte principal (1) del cuerpo y la cara frontal (2) para generar el campo de ultrasonidos enfocado, se proporciona una parte cónica en forma de cuello con hendiduras laterales redondas a lo largo de un eje longitudinal (L) de la cara frontal (2) cuyo eje (L) es aproximadamente perpendicular a un eje longitudinal (S) del sonotrodo.

3. El sonotrodo (10) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque en la mencionada concavidad (21) de la cara frontal (2) se forma, en su sección transversal, perpendicular a un eje longitudinal (S) del sonotrodo (10) , 25 como un segmento de un círculo con un radio de r = 2 cm o más.

4. El sonotrodo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sonotrodo se fabrica de acero, aluminio, níquel, titanio o aleaciones de estos materiales.

5. El sonotrodo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la mencionada parte principal (1) del cuerpo y la mencionada cara frontal (2) se forman en un cuerpo de una sola pieza hecha del mismo material, en particular titanio o una aleación que incluye titanio.

6. El sonotrodo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la parte principal (1) del cuerpo en forma de bloque se proporciona con una zona (5) de conexión central circular para conectar a un generador de ultrasonidos.

7. El dispositivo (20) para despumar productos líquidos en procesos de producción industrial como los químicos, los farmacéuticos o los procesos relacionados con las bebidas, que comprende un generador de ultrasonidos, un convertidor con una unidad de refrigeración, al menos un cable de alta frecuencia para conectar el (los) sonotrodo (s) (10) al generador, caracterizado porque el mencionado dispositivo se proporciona con al menos un sonotrodo (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6.

8. El dispositivo (20) según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende medios para producir un 45 ultrasonido de alta relación de amplitud, preferiblemente en el intervalo de una amplitud de ultrasonidos de desplazamiento pico a pico entre 1 y 150 micras, preferiblemente de 5 a 140 micras, más preferiblemente de 10 a 120 micras y más preferiblemente de 30 a 120 micras.

9. El dispositivo (20) según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque la intensidad del sonido ultrasónico 50 generado es de entre 10 a 200 dB, preferiblemente 50 a 190 dB, más preferiblemente de 70 a 180 dB y lo más preferiblemente de 100 a 175 dB.

10. El dispositivo (20) según una de las reivindicaciones precedentes 7 a 9, caracterizado porque se proporcionan al menos dos sonotrodos (10) , que se montan en un sonotrodo madre común (4) de tal manera que ambos 55 ejes longitudinales L de las caras frontales son paralelos el uno al otro y tales que ambos campos de ultrasonidos se combinan en el área del producto (3) que se va a tratar con el fin de aumentar el efecto de despumación.

11. El dispositivo (20) según una de las reivindicaciones precedentes 7 a 10, caracterizado porque el (los)

sonotrodo (s) (10) se dispone (n) lejos del producto (3) que se va a tratar de tal manera que la superficie de las caras frontales que emiten ultrasonidos (2) de los sonotrodos (10) están a una distancia de 0, 1 mm a 1000 mm, preferiblemente 0, 2 mm a 500 mm, más preferiblemente entre 1 mm y 250 mm y la más preferible entre 10 mm y 100 mm lejos del producto (3) que se va a tratar.